Bülent AYHAN-12.Sınıf Elementler Kimyası Ünitesi Ders Notları · Bülent AYHAN-12.Sınıf Elementler Kimyası Ünitesi Ders Notları Halil Rıfat Paşa Anadolu Lisesi Kimya

Bülent AYHAN-12.Sınıf Elementler Kimyası Ünitesi Ders Notları

Halil Rıfat Paşa Anadolu Lisesi Kimya Öğretmeni Sayfa 1

1.1. Hafif elementlerin oluşumunu, evrenin başlangıcı sayılan “büyük patlama” teorisi ile açıklar.

Hafif elementlerin oluşumunu, evrenin başlangıcı sayılan “büyük patlama” teorisi ile açıklar.

Boşluk: Hiçbir maddenin ve enerjinin bulunmadığı, içinde evrenin genişlediği sonsuz, varsayımsa mekân.

Uzay: Gök cisimleri arasında yer alan madde ve enerji bakımından seyreltik bölge.

Uzam: Sınırları belli uzay parçası.

Big bang teorisi ile Evrende mevcut bütün maddenin ve enerjinin büyük patlama öncesinde tek bir nokta halinde

toplandığı varsayılmıştır. Buna işaret eden bulgular:

Gök adaların sürekli uzaklaşması,

Merkezden daha uzak gök adaların uzaklaşma hızlarının daha yüksek olması,

Uzayın görünürde bos bölgelerinden mikrodalga ısınlarının yayılıyor olması,

Uzayın her doğrultusunda birim hacim içine düsen kütle yoğunluğunun yaklaşık aynı kalması)

Büyük patlama ile temel parçacıklar kuark lepton, gluonlar oluşumu ve bunu izleyen çok kısa sure içinde proton nötronla

birlikte hidrojen oluşmuş sonra Helyum ve lityum çekirdeklerinin meydana gelmiştir.

Sıcaklığın düşmesiyle Füzyon tepkimeleri için gerekli enerji olmadığında daha ağır çekirdekler oluşmamıştır.

Değerlendirme:

Büyük patlama sonrasında ilk oluşan atomlar neden hafif atomlardır?

Boşluk uzay, uzam kavramlarını tanımlayınız? Farkları açıklayınız?

1.2. Evrendeki elementlerin bolluk oranlarını, büyük patlama teorisi ve yıldızlarda ağır element oluşumu ile

ilişkilendirir.

Hidrojen ve helyum gazları arasındaki kütle çekimi sayesinde dev bulutlar oluştu. Dev bulutlar, gök adaları; daha küçük

gaz yığınları ise kütlesi, Güneş’in kütlesinden 10 ila yüzlerce kat büyüklükteki ilk yıldızları oluşturdu. İlk yıldızlardaki

hidrojen atomu çekirdekleri, nükleer füzyon tepkimeleri (yüksek basınç ve sıcaklığın etkisi) sayesinde birbirleriyle

kaynaşarak helyuma dönüştü.

İlk yıldızların helyumdan daha ağır elementleri oluşturamadan çok şiddetli patlamalarla dağıldığı sanılmaktadır. Bu

patlamalarda ortaya çıkan sıcaklık ve basıncın çok yüksek olması hidrojen ve helyumdan daha ağır çekirdeklerin ortaya

çıkmasını sağladı. İkinci nesil yıldızlarda azda olsa ağır elementlerin bulunması, merkezlerindeki sıcaklığın 100000000

0C’in üzerine çıkmasını sağladı. Bu sıcaklık bir dizi nükleer füzyon tepkimesi için gerekli şartı sağlamış oldu. Yıldızın yaşı

ilerledikçe merkezindeki basınç ve sıcaklık yükselir. Sıcaklık 100 milyon Kelvin’e ulaştığında merkezdeki helyum

çekirdekleri kaynaşmaya ve (üç helyum çekirdeğinin kaynaşması ile) karbon çekirdekleri oluşturmaya başlar. Sıcaklık

arttıkça karbonlar, helyumlarla nükleer füzyon tepkimesiyle oksijen üretmeye başlar. Yıldızlarda bir miktar helyum

kalıncaya kadar helyum çekirdeğinin tam katları olan çekirdekler oluştu.

Helyum çekirdeğinin tam katları olan çekirdeklere dönüşmesi sürecine "helyum yanması" denir. oksijen çekirdeğinin

oluşumunu karbon-azot çekirdek dönüşümünü başlattı.

Hala yüksek olan sıcaklıkta, karbon ve oksijen yanması gibi prosesleri ile helyumun katları olmayan çekirdekler de oluştu.

Periyodik tabloda demirden sonra gelen çekirdekler, nükleer füsyon tepkimeleri ile enerji açığa çıkarmazlar. Atom

numarası 26’ya(Fe elementine)kadar olan elementler yıldızların içinde oluşur. Bu elementler, yıldızlarda gerçekleşen

nükleer füzyon ürünleridir.

Çok büyük kütleli yıldızlar patladıklarında (süpernova patlaması) ortaya çıkar.



Süpernova Patlamalarında çekirdek, yoğun bir nötron bombardımanına uğrar. Bunun sonucunda çekirdek yakaladığı

nötronlarla daha ağır bir izotopa dönüşür.

Değerlendirme:

Bu bağlamda, evrenin ve dünyanın element bileşimlerinin farklı olması, elementlerin oluşum sureci ile ilişkilendiriniz?

1.3. Yer kabuğundaki element bolluk oranları ile dünyanın kozmik geçmişi arasında ilişki kurar.

Elementler nükleer füzyon tepkimeleri ile oluşmuştur. Füzyon tepkimelerinin gerçekleşebilmesi için yüksek sıcaklık ve

basınca ihtiyaç vardır. Bu şartlar yıldız büyüklüğünde gök cisimlerinin merkezlerinde gerçekleşir. Yıldızın yaşı ilerledikçe

yıldızdaki elementlerin bolluk oranları artar.

İzotop çekirdekleri ağırlaştıkça kaynaşma zorlaşacağından izotop bolluklarına neden olur.

Dünya’daki oksijen, silisyum, alüminyum ve demir elementlerinin bolluk yüzdesi; evrendeki oksijen, silisyum, alüminyum

ve demir elementlerinin bolluk yüzdesinden daha fazladır. Bunun nedeni kararlılık kuşağıyla açıklanabilir.

Bu element atomlarının kütle numaraları dikkate alındığında izotop çekirdeklerinin, diğer elementlerin izotop

çekirdeklerine göre daha kararlı olduğu görülür. Ayrıca bu çekirdekler daha ileri füzyon tepkimelerine yatkın değildirler.

Dünya’da yaşam için uygun koşullar oluşması sonrasında özellikle bitkilerin ve yaptıkları fotosentez ile atmosferin yapısal

bileşimi önemli oranda değişmiş ve oksijen oranı yükselmiştir.

Değerlendirme:

Yer kabuğunda oksijen, silisyum, alüminyum ve demir elementlerinin çok bol olması ile bu elementlere ait izotop

çekirdeklerinin göreceli kararlılıkları ve daha ileri füzyona çok yatkın olmayışları arasındaki ilişki nedir?

İzotop çekirdekleri ağırlaştıkça kaynaşmanın zorlaşması, izotop bollukları ile ilişkisi nedir?

1.4. Yer kabuğunda yüksek oranda bulunan bileşiklerin oluşumunu elementlerin bolluk oranları ile iliskilendirir

Yer kabuğunda bolluk oranı yüksek elementlerin yine bolluk oranı yüksek bileşikler oluşturur. Yer kabuğunda silikat, oksit

vealuminosilikat tipi kayaçların çok bol olması ile oksijen, silisyum ve alüminyumun doğada fazla olduğunu gösterir.

Değerlendirme:

O,Si,Al elementlerin fazlalığı bizi hangi sonuca ulaştırır.

2.1. Mineral ve cevher kavramlarını karşılaştırır.

Doğada bulunan, belirli kimyasal bileşimi, düzenli atomik yapısı olan homojen ve çoğunlukla katı maddelere mineral

denir.

Elde edilmeye değer miktarda bir veya birden çok element içeren minerallere cevher ya da filiz denir.

Örnekler

Soy metaller Cu, Ag, Au, Pd, Pt

Oksitler:Al2O3•2H2O (boksit), Fe2O3 (hematit),

Sülfürler:Ag2S (arjantit), Cu2S (kalkasit),

Sülfat veKarbonatlar:CaSO4(kalsit), MgCO3 (manyezit),

Halojenürler: NaCl(halit), KCl (silvit),

Silikatlar: Be3Al2(SiO3)6 (beril), ZrSiO4 (zirkon)

Fosfatlar: CePO4, LaPO4, Ca3(PO4)2, NdPO4, Th3(PO4)4

Cevherlerden metal elde etme sürecindeki işlem basamaklarını kısaca şu şekilde özetleyebiliriz.

1. Kırma-öğütme



Gang’ın uzaklaştırılma işlemine ilk olarak kırma-öğütme ile başlanır. Bu amaçla cevher birkaç defa öğütülür. Son öğütme,

yeni oluşan yüzeylerin oksitlenmesini önlemek için genellikle su altında yapılır.

2. Zenginleştirme

Cevherdeki gangın ayrılması için uygulanan fi ziksel yöntemlerdir. Cevherin zenginleştirilmesi için mineralin özelliğine

bağlı olarak yüzdürme (flotasyon), yoğunlukla ayırma, manyetik ayırma ve sıvılaştırarak ayırma işlemlerinden biri veya

birkaçı uygulanır. Flotasyon işleminde, minerallere hidrofobik özellik kazandırmak için köpük oluşturucular kullanılır.

Köpük oluşturucular hidrofob özellik gösteren partiküllerin sıvı yüzeyinde kalmasını sağlar Hidrofilik özellik gösteren

partikül ise sıvı filmi ile kaplanarak yer çekimi etkisi ile aşağı doğru hareket eder Yüzen partiküller sıvı yüzeyinde kalırken

ıslanan partiküller kabın tabanında toplanır. Birçok cevhere, özellikle Cu, Pb,ve Zn cevherlerine uygulanan bir yöntemdir..

3. Kavurma

Sülfürlerin ya da karbonatların bol hava ile ısıtılarak oksidine dönüştürülmesi işlemine kavurma denir. Sülfür tipi

cevherlerden kükürdü uzaklaştırmak için bu yöntem kullanılır.

2ZnS + 3O2 2ZnO + 2SO2

Ancak metaller aşağıdaki tepkimede olduğu gibi sülfür tipi cevherlerin kavrulması ile doğrudan elde edilir. Kavurma

sırasında indirgenme gerçekleşir.

HgS + O2 Hg + SO2

Bakır da Cu2S’den bu yöntemle elde edilir. Kavurma sonucunda ortaya çıkan SO2 gazı çevre kirliliğine ve asit

yağmurlarına neden olduğu için SO2 doğrudan havaya verilmemelidir. Bunun için SO2,H2SO4’e dönüştürülebilir.

4. İndirgeme

Cevherlerden metal elde etme sürecinde kullanılan yöntemlerden biri de indirgemedir.

Değerlendirme:

Sülfür tipi cevherlerin kavrulup oksite dönüştürülme nedenini açıklayınız?

2.2. Kömürle indirgeyerek metal elde etme yöntemini tepkimeleriyle örneklendirir.

bir metali bileşiğinden indirgeyerek ayırmak için ayrılacak metalden daha elektropozitif bir metal kullanılır. Bu amaçlaC,

H2, Al, Mg, Ca, K, Si, CaC2 gibi kuvvetli indirgenler tercih edilir. Teorik olarak bütün metal oksitleri karbon ile

indirgenebilir. Metalürjide karbon kaynağı olarak çeşitli kömürler kullanılır. Demir, krom, kurşun, bakır gibi element

oksitlerinin karbon ile indirgenme tepkimeleri, bu tepkimelerdeki türler ve yükseltgenme basamakları aşağıda verilmiştir.

periyodik tablonun sağındaki metallerin oksitleri kokla indirgeme yöntemine uygundur.

Mn3O4 + 4C 3Mn + 4CO

Co3O4 + 4C 3Co + 4CO

Aşağıda verilen yarı reaksiyonları ve standart indirgenme potansiyellerini inceleyerek potasyum metalini

bileşiklerinden elde edebilmek için hidrojen ya da karbonun uygun indirgen olarak kullanılıp kullanılamayacağını

tartışınız.

2H+(suda) + 2e- H2(g) E0 = 0,000 V

K+(suda) +e- K(k) E0= -2,93 V

Potasyumun indirgenme potansiyeli çok düşüktür. Bu nedenle karbon veya hidrojen ile indirgenemez. Bu tip metaller

daha ucuz olan başka bir elementle indirgenir. Örneğin potasyum metalinin bileşiklerinden

elde edilebilmesi için sodyumla indirgenme iyi bir yöntemdir.KCl(s) + Na NaCl(s) (s) + K(g)

O hâlde karbon ve hidrojenin metallerin indirgenme denklemlerindeki işlevleri benzerdir.

Kimyasal tepkimelerde hangi durumda hangi indirgen kullanılır?



Hangi indirgenin kullanılacağı standart indirgenme potansiyeli ile ilgili olabilir mi?

2.3. Hidrojenle indirgeme yönteminin tercih edildiği durumlara örnekler verir.

Demir, krom, kursun, bakır gibi element oksitlerinin karbon ile; molibden ve volfram oksitlerinin de hidrojen ile

indirgenebilir.

MgO + C Mg + CO

Molibden ve tungsten, oksitlerinin hidrojen ile indirgenmesinden elde edilir.

MoO3(k) + 3H2(g)Mo(k) + 3H2O

WO3(k) + 3H2(g) W(k) + 3H2O

Hangi durumda hangi indirgenin kullanılır.

2.4. Aktif bir metal kullanarak indirgeme yöntemiyle başka bir metal üretiminin hangi durumlarda gerekli olduğunu

açıklar.

Potasyumun indirgenme potansiyeli çok düşüktür. Bu nedenle karbon veya hidrojen ile indirgenemez. Bu tip metaller

daha ucuz olan başka bir elementle indirgenir. Örneğin potasyum metalinin bileşiklerinden elde edilebilmesi için

sodyumla indirgenme iyi bir yöntemdir.

KCl(s) + Na NaCl(s) (s) + K(g)

İndirgenme potansiyelinin çok düşük olması hasebiyle, karbon veya hidrojen ile indirgenemeyen potasyum gibi

elementlerin daha ucuz olan başka bir element (örneğin sodyum) ile neden indirgenir?

2.5. Elektroliz ile metal üretimine örnekler verir.

Lityum, sodyum, magnezyum ve alüminyumun standart indirgenme potansiyellerini incelediğimizde bu elementlerin

İndirgenme ile bileşiklerinden elde edilemeyeceğini anlarız. Örneğin lityum, bütün elementler içinde standart indirgenme

potansiyeli en düşük elementtir ve lityumu indirgeyecek başka bir element yoktur. Bu nedenle bu elementler genellikle

oksit veya halojenlerinin erimiş hâllerinin elektrolizi ile elde edilir. Aşağıda Mg’un, MgCl2’ün elektrolizinden elde

edilişi ile ilgili tepkimeler verilmiştir.

Katot: Mg2+(s) + 2e- Mg(k)

Anot: 2Cl-(s) Cl2(g)+ 2e-

Toplam: MgCl2(s) Mg(s) + Cl2(g)

Değerlendirme:

Alkali metallerin, florun ve klorun elektroliz ile elde edilişini açıklayınız?

Örnek elektroliz olaylarının Denklemleri yazılır

3.1. Element özelliklerinin ıslahını alaşım temelinde açıklar.

İki ya da daha çok metalin, bazen bir metal ile bir ametalin veya bir metal ile bir yarı metalin yüksek sıcaklıkta eritilip

karıştırılması ile oluşan metal özelliğindeki karışımlara alaşım denir.

Pirinç % 63 Cu, %37Zn içeren ikili alaşımdır.

Kolay işlenebildiği için boru, tel ve süs eşyası yapımında kullanılır. % 60 Cu, % 38 Zn, % 2 Fe içeren delta alaşımı ise üçlü

alaşımdır. Bu alaşım esnek olup, kopmaya karşı dayanıklıdır.

ALAŞIMLAR

Alaşımlar, aşağıda sıralanan ihtiyaçları karşılamak amacıyla yapılır:

1. Metallerin fiziksel ve mekaniksel özelliklerini değiştirmek suretiyle daha elverişli malzemeler üretmek.



2. Çok sayıda ve değişik özelliklere sahip metaller geliştirerek ihtiyaçlara cevap vermek.

3. Isıl işlemlere uygun metaller üretmek.

4. Malzemelerin maliyetini düşürmek.

5. Malzemenin aşınma ve dış şartların yıpratıcı etkilerden korunmasını sağlamak.

Bu alaşımların özelliklerini (sertlik, esneklik, erime noktası ve korozyon dayanımı), yapılarına katılan saf elementlerin

özellikleri ile karşılaştırınız?

Buradan alasım hazırlamanın gereği ve yararı nedir?

İkili, üçlü, dörtlü,… alasım örnekleri üzerinden ‘alasım’ nedir?

3.2. Alaşımları sınıflandırıp örnekler verir.

Farklı element atomlarının düzgün bir şekilde yerleşmesiyle oluşan alaşımlar, homojen alaşımlardır.

İki veya daha çok fazdan oluşanlar ise heterojen alaşımlardır. Alaşımların büyük bir kısmı heterojendir. Örneğin Au-Cu

veya Au-Ag alaşımları heterojen, yani ikili sistemlerdir.

Homojen alaşımlara örnek olarak Cu-Sn, Cu-Zn, Cu-Ni, Fe-Ni, Pb-Sn alaşımları verilebilir.

Genel olarak alaşımlar, alaşımı oluşturan elementlerin atomlarının yer değiştirmesiyle veya bir elementin atomları

arasındaki boşluklara diğer elementin atomlarının yerleşmesiyle oluşur.

1-Yer Değiştirmeyle Oluşan Alaşımlar

a) Rastgele Yer Değiştirme İle Oluşan Alaşımlar: Alaşım oluşurken birbiriyle tam olarak karışabilen iki metalin erimesi

sırasında, miktarca az olan metal atomları, miktarca fazla olan metal atomlarıyla rastgele yer değiştirir. Metal örgü yapısı

bozulduğu için bu tip alaşımların elektriksel ve termal iletkenliği saf elemente göre daha azdır. Ancak sertlikleri ve

sağlamlıkları daha fazladır. Yer değiştirme alaşımlarına Cu-Zn ve Au-Ag karışımları örnek verilebilir.

b) Süper Örgü Alaşımı: Bazı özel durumlarda yer değiştirme ile oluşan alaşımlardaki atomların yeri düzenlilik gösterir. Bu

tip alaşımlara süper örgü alaşımı denir .Süper örgü alaşımlarına Cu-Al-Ni örnek verilebilir.

2-Örgü Boşluğu tipi alaşımlar

Kristal örgülü metallerin kristal yapılarının %26 veya %32’siboşluktur. Büyüklüğü bu boşlukların hacmine uygun bir

element metalle karıştırılırsa bu element, bu boşluklara yerleşebilir (Şekil 1.3.4).

Boşluklara giren elementler genellikle H,B,C,N gibi küçük elementlerdir. Karbonlu ve borlu çelikler boşluklara yerleşme ile

oluşan alaşımlardır

a)Metaller Arası Bileşikler: Alaşımı oluşturan atomlar arasındaki elektronegatiflik farkı büyük olduğunda metaller arası

bileşikler oluşabilir. Bunlar gerçek bir bileşik gibi düşünülür. MgZn2, Cu3Au veNa5Zn21 en çok bilinen metaller arası

bileşiklerdir. Ancak, alaşım ve bileşik kavramları birbirinden çok keskin sınırlarla ayrılamaz. Her iki madde sınıfının

özelliklerini kısmen taşıyan maddelerde bulunabilir.

Alaşımlarda elektron alma yeteneğine sahip olan yarı metaller varsa bu tip alaşımlar (Na3As vb.) bileşik özelliğine

sahiptir.

Belli ve sabit bir stokiyometriye sahip alaşımların hepsinin “metaller arası bileşik” sayılması bir kavram yanılgısıdır.

Atomlar arasındaki boşluklara yerleşmeyle oluşan bazı alaşımların (Fe3C vb.) stokiyometrileri sabittir. NaTl (sodyum

talyumür) bir bileşiktir; çünkü Na+katyonu ve (Tl)44- anyonu üzerinden oluşur. Fe3C alaşımında ise Fe veC atomları, Fe

örgüsündeki boşluklar içine C atomlarının yerleşmesi dışında hiç değişikliğe uğramamıştır.

Heterojen alaşım tipinde çeliklerin yapıları işlenir?

Çeliğe su verme işleminin yapı ve özelliklerle ilişkisi irdelenir?



Homojen karışım (çözelti) türünden, ‘yer değiştirme’, ‘örgü boşluğu’ ve ‘metaller arası bileşik’ tipi alaşımlar şemalarla

gösteriniz?

Yer değiştirme alaşımlarına Cu - Zn ve Au- Ag karışımları, örgü boşluğu tipi alaşımlara karbonlu ve borlu çelikler,

metaller arası bileşik tipi alaşımlara da Nal , Na2Tl, süper iletken alaşımlar gibi örnekler verilip kullanım alanları,

alaşımların özellikleri ile ilişkilendiriniz?

Homojen bir alaşım heterojen, heterojen bir alaşımda homojen bir hale getirilebilir mi?

3.3. Yaygın alaşımların özelliklerini bileşimleri ve kullanım alanları ile ilişkilendirir.

Alanları

Nikel çeliği Fe, Ni Esnekliği, sertliği ve şok direnci yüksektir. Asma köprü yapımında

Krom çeliği Fe, Si, Cr Korozyon direnci yüksektir.

Mutfak malzemesi Saçma, mermi Pb, As Eriyince yuvarlak damla oluşturur. Saçma ve mermi yapımı

Matbaa metali Pb, Sb,Sn Kolay dökülür, zor aşınır. Harf dökümünde

Malgamalar Hg+SnCu, Ag, Plastik özellik gösterir, zamanla katılaşır. Metal elde etmek ve diş dolgusunda

Britanya metali Sn, 5 Sb, Cu Gümüş parlaklığına sahiptir. Süs eşyasında

Lehim Sn, Pb Düşük sıcaklıklarda erir. Metalleri birleştirmekte

Duralumin Al, Cu, Mg, Mn Sert ve dayanıklı Uçak endüstrisinde

Mağnalyum Al, Mg Sert ve dayanıklı Uçak endüstrisinde ve kaplamacılıkta

Pirinç Cu, Zn Kolay işlenir. Elektrik malzemesi imalinde

Bronz Cu, Sn, 2Zn Kolay dökülür. Madalya ve heykel yapımında

Alman gümüşü Cu, Ni, Korozyona dayanıklı, güzel görünümlü ve kolay işlenebilir. Sofra takımı, süs eşyası, müzik ve

dişçilik aletleri.

Nikel para Cu, Ni Sert yapılı ve korozyona dayanıklı. Parada

Çelik, lehim, amalgamlar, ayarlı altın, pirinç, tunc (bronz),duralumin, nikrom, konstantan, matbaa alasımı gibi yaygın

alaşımların bilesim aralıkları ve özellikleri bir çizelge üzerinde incelenir.

Çeliğin, ayarlı altının ve pirincin özellikleri nedir? Kullanım alanları nelerdir?

Özellikleri ve kullanım alanları arasındaki ilişkisi nedir?

4.1. Laboratuvarda ve endüstride hidrojen elde etme yöntemlerini karşılaştırır.

Hidrojenin Laboratuvarda Eldesi;

Aktif metallerin (1A grubu metalleri ve Ca, Sr, Ba) oda sıcaklığında suyla tepkimesinden H2 gazı elde edilir.

Aktif (Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Ca, Ni, Sn ve Pb) metallerin asitlerle etkileşiminden elde edilir. Suyun elektrolizi ile elde edilebilir Sodyumborohidrür’ün su ile tepkimesinden. NaBH4 + H2O NaBO2 + H2

Hidrojenin Endüstride Eldesi;

Kızıl dereceye kadar ısıtılan metallerin (Fe, Mg) üzerlerinden su buharı geçirilerek hidrojen elde edilebilir.

Kok ile su buharı etkileştirilerek hidrojen üretilir. Metan içeren doğal gaz yüksek sıcaklıkta su buharı ile tepkimesinden su

gazı oluşur.

Endüstride hidrojen elde etme yöntemleri laboratuvarda kullanılan yöntemlerden farklıdır. Çünkü laboratuvarda kullanılan yöntemler genellikle daha düşük sıcaklık, basınç şartlarında gerçekleşir ve daha az miktarda hidrojen elde etmeye yöneliktir. Oysa endüstride ticari amaçla hidrojen elde edildiği için çok miktarda hidrojen elde edilmek istenmektedir. Bu nedenle daha yüksek sıcaklık ve basınç şartlarına Çıkmak ekonomik açıdan sorun yaratmaz.



Doğuş halindeki hidrojenin normal hidrojen gazına göre daha etkin indirgen olması, henüz H・ atomları halinde

bulunmasıdır. Laboratuvarda H2 elde etmede kullanılabilir diğer yöntemler Denklemleri ile açıklanır. Hoffmann voltametresi ile hidrojen ve oksijen üretimi yapılıp çıkan gazların yanma/ yakma özellikleri sınanır. Hidrojenin Laboratuvarda Eldesi; Aktif metallerin (1A grubu metalleri ve Ca, Sr, Ba) oda sıcaklığında suyla tepkimesinden H2 gazı elde edilir. Aktif (Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Ca, Ni, Sn ve Pb) metallerin asitlerle etkileşiminden elde edilir. Suyun elektrolizi ile elde edilebilir Sodyumborohidrür’ün su ile tepkimesinden. NaBH4 + H2O --> NaBO2 + H2 Hidrojenin Endüstride Eldesi; Kızıl dereceye kadar ısıtılan metallerin (Fe, Mg) üzerlerinden su buharı geçirilerek hidrojen elde edilebilir. Kok ile su buharı etkileştirilerek hidrojen üretilir. Metan içeren doğal gaz yüksek sıcaklıkta su buharı ile tepkimesinden su gazı oluşur. Endüstride hidrojen elde etme yöntemleri laboratuvarda kullanılan yöntemlerden farklıdır. Çünkü laboratuvarda kullanılan yöntemler genellikle daha düşük sıcaklık, basınç şartlarında gerçekleşir ve daha az miktarda hidrojen elde etmeye yöneliktir. Oysa endüstride ticari amaçla hidrojen elde edildiği için çok miktarda hidrojen elde edilmek istenmektedir. Bu nedenle daha yüksek sıcaklık ve basınç şartlarına çıkmak ekonomik açıdan sorun yaratmaz. Değerlendirme:

Endüstride hidrojen elde etme yöntemlerinin, laboratuvar yöntemlerinden farklı oluşunun nedenleri?

Doğuş halindeki hidrojen normal hidrojenden neden daha aktiftir.

4.2. Hidrojen izotoplarını tanır ve kullanım alanlarına örnekler verir.

Hidrojenin tabiatta bulunan üç izotopu vardır. Bunlar hidrojen (1H),döteryum (2H), ve trityum (3H)dur. Aynı elementin

izotoplarının proton sayıları ve elektron sayıları aynı olduğu için genellikle kimyasal özellikleri de aynıdır. Ancak izotop

atomları arasındaki kütle farkı büyükse, izotopların bazı fiziksel ve kimyasal özelliklerinde farklılık olur. Çizelge

Hidrojen izotoplarının bazı özellikleri ve doğadaki bolluk oranları

Suyun buharlaşmasından yağmur olup yeryüzüne dönmesine kadar geçen zamanı tespit etmek için içinde trityum

bulunan su kullanılır.

Trityumlu saatler kendiliğinden ışık saçtıkları için karanlıkta da rahatlıkla görülebilirler. Çizelgeyi incelediğimizde

hidrojenin ve döteryumun doğada bulunma yüzdelerinin daha yüksek olduğunu görürüz. Trityum kararsız bir çekirdeğe

sahip olduğu için doğada bulunma yüzdesi diğer hidrojen izotoplarına göre en azdır.

Bir döteryum atomunun çekirdeğinde bir proton bir nötron bulunur. Bu nedenle hidrojen (1H) atomundan yaklaşık iki kat

daha ağırdır.

Döteryum radyoaktif değildir ve kirliliğe yol açmaz. Döteryum oksit ağırsu olarak bilinir. Trityum radyoaktiftir ve 12,32 yıl

yarı ömre sahiptir. β bozunmasıyla helyum-3’e dönüşür. Az miktarda trityum, kozmik ışınların atmosferik gazlarla

etkileşmesi sonucu ortaya çıkar. Ayrıca nükleer silah testlerinde havaya salınır.

İzotop adı Hidrojen Döteryum Trityum

Sembol 2H veya D 3H veya T

Atom numarası 1H 1 1

Nötron sayısı 0 2 2

Kütle numarası 1 2 3

Doğada bulunma yüzdesi 99,984 0,015 çok çok az



Döteryum ve bileşikleri; döteryum lambalarında, nükleer reaktörlerde soğutma/nötron yavaşlatma sistemlerinde ve

bilimsel araştırmalarda(kimyasal tepkimelerde radyoaktif olmayan etiketlemelerde), çözücü olarak kullanılır.

Trityum kendi kendine ışık veren nesnelerin yapımında da kullanılır. İç yüzeyi fosforla kaplanmış borosilikat camlarının

içine yüksek basınçta trityum gazı konulur. Trityum, düşük seviyeli β ışıması yapar. Fosfor bu ışıma sayesinde ışığa ihtiyaç

duymaksızın 12,43 yıl ışık verebilir. Bu yöntemle kendinden ışıldayan yazı ve işaretler (saat, trafik işaretleri gibi)

yapılabilir. Ayrıca trityum nükleer füzyon sistemlerinde de kullanılır.

Hidrojen izotoplarını tanır ve kullanım alanlarına örnekler veriniz.

Ağı sünedir?

4.3. Hidrojenin kimyasal ve fiziksel özellikleriyle kullanım alanlarını ilişkilendirir.

1. Hidrojenin en önemli özelliklerinden biri iyi bir indirgen olmasıdır.

Bu tepkime sonucunda hidrojen, oksijenli bileşiklerle etkileşerek su oluşturur. Çevreye zarar vermeyen ürün oluşturması

hidrojenin olumlu özelliklerinden biridir.

CuO(k) + H2(g) ->Cu(k) + H2O(g)

WO3(k) + 3H2(g) W(k) + 3H2O(g)

FeO(k) + H2(g) Fe(k) + H2O(g)

2. Hidrojen, yoğunluğunun düşük olması nedeniyle hafiftir ve çok az yer kaplar. Bu nedenle endüstride oldukça çok

kullanım alanı bulur.

Özellikle anorganik kimya endüstrisinde amonyak sentezinde kullanılır. Amonyak sentezi, N2 ile H2’nin yüksek sıcaklık ve

basınç altındaki katalizörlü tepkimesiyle oluşur. Elde edilen NH3 gübre ham maddesi olarak kullanılır.

3. Besin endüstrisinde sıvı yağlardan margarin elde edilmesinde hidrojen kullanılır. Sıvı yağ moleküllerinde karbon

atomları arasında çift bağlar vardır. Hidrojen, karbon-karbon çift bağlarına katılır. Böylece karbon-karbon çift bağları tekli

bağa dönüşür ve bir katı oluşur. Bu

Tepkime kısaca şöyle gösterilebilir:

4. Hidrojen; benzin ve doğal gazla karşılaştırıldığında daha tehlikesiz bir gazdır. Hidrojen gazı çelik tanklarda depolanır.

Depolandığı tanktan sızabilir ve bir çatlak olması durumunda çok hızlı boşalır. Hidrojen ortamdaki hava ile karışınca

patlayıcı ve yanıcı bir hâle gelir. Yanma olayında hidrojen gazı hemen yanar ve hızla yukarı doğru çıkar. Diğer yakıtlar ise

yanarken çevrelerinde tahribata yol açar. Hidrojenin oda sıcaklığındaki kimyasal aktivitesi çok yüksek değildir. Havada

tutuşturulduğu zaman soluk mavi bir alevle yanarak su verir.

Hidrojen ile oksijen gazlarından yararlanarak yüksek sıcaklık elde etmeye yarayan alete hidrojen hamlacı adı verilir. H2 ve

O2 gazları, ayrı ayrı hamlacın ağzına gönderilir ve burada karışım yakılır. Hidrojen ve oksijenin yanmasıyla oluşan

alevin

Bu hamlaç, metalleri eriterek kaynak yapmakta kullanılır. Buna otojen kaynak da denir. Bu yöntem ayrıca Pt, Al2O3 ve

SiO2’ieritmekte de kullanılabilir.

Değerlendirme:

Bir indirgen olarak H ustun yönleri nedir?

Hamlaç nedir

Otojen kaynak nedir?

4.4. İkincil enerji kaynağı olarak hidrojenin önemini, maliyet ve sağlıklı çevre bakımından irdeler

Hidrojen birincil enerji kaynağı değildir. Daha öncede bahsettiğimiz gibi hidrojen yerkürede saf hâlde bulunmamaktadır.

Hidrojen, diğer enerji kaynakları kullanılarak elde edildiği için ikincil enerji kaynağı sayılmaktadır.



Sudan hidrojen elde edildiğinde çevresel problemler ortaya çıkmamaktadır. Fakat bu işlem için oldukça yüksek enerji

(elektrik) harcamak gerekmektedir.

Su dışındaki hidrojen kaynakları ise çevresel problemlere neden olmaktadır. Hidrojen kaynağı olan hidrokarbonlar ve fosil

yakıtlar ise hidrojen dışında çok sayıda element içermektedir. Bu kaynaklardan hidrojen elde edilirken ortaya çıkan yan

ürünlerin başında da karbondioksit gelmektedir.

Dünya çapında ilgi uyandıran yöntemlerden birisi, nükleer enerji kullanarak ucuz elektrik üretmek, bu elektrikle de

hidrojen elde etmektir. Fakat nükleer enerji kullanarak elektrik elde etmenin de birçok sakıncaları vardır

Günümüzde hidrojenin, rüzgâr ve güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından elde edilmesi üzerinde durulmaktadır.

Fakat bu yolla hidrojen üretimi de henüz ekonomik değildir. Şu anda bu yöntemlerle elde edilen hidrojen, aynı enerji

içeriğine sahip benzinden bile daha pahalıya mal olmaktadır. Hidrojenle ilgili problemlerden birisi de hidrojenin

depolanmasıdır. Sıvılaştırmak hacim sorununu çözse de diğer teknolojik sıkıntıları beraberinde getirmektedir. Ancak

malzeme bilimindeki gelişmelerin bu sorunu çözeceğine inanılmaktadır. Çevre dostu bir yakıt olması nedeni ile,

hidrojenin, petrol, kömür ve yenilenebilir enerji kaynaklarına bir alternatif olabileceği düşünülse de; doğada hazır

hidrojen bulmanın çok zor olduğu, H2 yakıtını elde etmek için önce nükleer enerji gibi ucuz bir enerji kaynağından elde

edilmiş elektrik enerjisi harcamak veya bir fosil yakıt feda etmek gerektiği unutulmamalıdır.

Değerlendirme:

İkincil enerji kaynağı olarak hidrojenin önemini, maliyet ve sağlıklı çevre bakımından açıklayınız?

Hidrojen gazının doğal bir zenginlik sayılıp sayılamayacağı açıklayınız?

Bu gazın yakıt olarak kullanılması halinde neden “ikincil enerji kaynağı ”sayılması gerektiği açıklayınız?

Bu bilgiler doğrultusunda hidrojenin geleceğin ideal yakıtı olup olamayacağını tartışınız.

4.3 Hidrojen yakıtlı otomobiller dâhil, diğer hidrojen kullanım alanları ile ilgili bir okuma metni verilir.

4.4 Çevre dostu bir yakıt olması nedeni ile, hidrojenin, petrol, kömür ve yenilenebilir enerji kaynaklarına bir alternatif

olabileceği yanılgısı; doğada hazır hidrojen bulmanın çok zor olduğu, H2 yakıtını elde etmek için önce nükleer enerji gibi

ucuz bir enerji kaynağından elde edilmiş elektrik enerjisi harcamak veya bir fosil yakıt feda etmek gerektiği vurgusu ile

düzeltilmelidir.

5.1. Alkali ve toprak alkali metallerin doğal kaynaklarını sıralar.

Periyodik tabloda 1A grubunda alkali metaller bulunur. Değerlik elektronlarının dizilişi ns1 şeklindedir ve en aktif

metallerdir. Aktif metal oldukları için, doğada saf hâlde bulunmazlar. Periyodik tabloda yukarıdan aşağıya doğru inildikçe

iyonlaşma enerjileri azalır.

Periyodik tabloda 2A grubunda toprak alkali metaller bulunur. Değerlik elektronlarının dizilişi ns2 şeklindedir ve alkali

metallere göre aktiflikleri biraz daha azdır. İyonlaşma enerjileri periyodik tabloda yukarıdan aşağıya doğru azalır.

1A ve 2A grubu elementleri, oksitlerinin ve hidroksitlerinin bazik karakter taşımasından dolayı alkali (baz)adını alırlar.

Ayrıca 2A grubu elementleri toprakta en bol bulunan elementlerdir. Toprak alkali olarak adlandırılmasının nedeni de

budur. Toprakta bol miktarda bulundukları için bitkilerin yapısınada girerler . Topraktaki ve alkali topraklardaki başlıca

mineraller: feldspat, kil, kireç taşı, dolamit ve oksitlerdir. Dolayısıyla bu mineraller 1A ve 2A grubu elementlerinin

kaynağıdır.

Alkali ve toprak alkali metallerin doğal kaynaklarına aşağıdaki örnekler verilecektir:

Li: Magmatik kayalar (pegmatit)

Na: NaCl (kaya tuzu ve deniz/ göl suyu), feldspat

K: Feldspat, göl/ deniz suyu, güherçile

Rb ve Cs: Diğer alkali metal bileşiklerinde safsızdık olarak bulunur.



Be: Zümrüt ve kedigözü gibi süs taşları

Mg: Magnezit (MgCO3)

Ca: Kireç taşı/ kalsit (CaCO3)

Sr: Stronsiyonit( SrCO3)

Ba: Barit (BaSO4), Viterit (BaCO3)

Değerlendirme:1A grubu elementlerinin alkali metaller, 2A grubu elementlerinin ise toprak alkali metaller olarak

adlandırılmasının nedeni ne olabilir?

Elementlerin veya bileşiklerinin elde edilmesinde kullanılan başlıca doğal mineraller/ karışımlar nelerdir?

5.2. Alkali ve toprak alkali metallerin kimyasal özelliklerini açıklar.

Bileşiklerinde 1A grubu +1, 2A grubu ise +2 yükseltgenme basamağında bulunur.

1A ve 2A grubunun oluşturduğu bileşiklerde 1A ve 2A iyonları çok güçlü indirgendirler. Aktif olduklarından C ve H ile

indirgenmezler. Bu yüzden kendi sıvılarının elektrolizi ile elde edilirler.

Alkali metaller havayla temas ettiklerinde oksitlerine dönüşürler. K + O2 → K2O

Su ile temas ettiklerinde hidroksitlerine dönüşürler ve H2 gazı açığa çıkarırlar.

Na + H2O → NaOH (suda)+ ½H2

2A grubunda Be su ile tepkime vermez. Mg su buharıyla tepkime verir. Ca, Sr ve Ba soğuk suyla bile tepkime verir.

1A ve 2A grubu elementleri halojenlerle tuz oluştururlar.

Na + ½ Cl2 → NaCl ( Alkali M.)

Mg Down yöntemi ile elde edilir. Down yöntemi: Erimiş MgCl2 nin elektrolizine dayanır.

Değerlendirme: Alkali ve toprak alkali metallerin başlıca kimyasal özellikleri elektron dizilimleri ile ilişkilendiriniz?

Bu elementlerin Alev renklerinin nasıl oluştuğu irdelenir

Doğada neden bileşikleri halinde bulunur?

5.3. Alkali ve toprak alkali metallerin genel elde ediliş yöntemlerini örneklerle açıklar.

Alkali ve toprak alkali metallerin kömür ve hidrojen gibi yaygın indirgenlerle elde edilmesinin neden mümkün olmadığı

anılan özelliklerle ilişkilendirilir. Bu elementlerin elde ediliş yöntemleri örnekleri ile açıklanır. Elektroliz için sulu çözelti

yerine erimiş saf tuzların kullanılması gereği, yarı hücre indirgenme potansiyelleri hesaba katılarak tartışılır.

Metalik sodyumun susuz ortamda KCl tuzundaki K+ katyonunu indirgemesinin nasıl mümkün olduğu, yarı hücre

potansiyelleri ve Le Chatelier ilkesi bağlamında irdeleyiniz

5.4. Alkali ve toprak alkali metallerin kullanım alanlarına örnekler verir.

KULLANIM ALANLARI

Lityum bileşikleri, pillerde, seramiklerde ve yağlayıcı maddelerde kullanılmaktadır.

Sodyum karbonat, sabun deterjan ilaç yapımında cam sanayinde, Sodyum Hidroksit(sudkostik), birçok organik

maddenin sentezinde ve katı sabun yapımında, Sodyum Klorür, yemek tuzu

Potasyum nitrat (güherçile KNO3) , gübre endüstrisinde, kibritlerde, barut yapımında Potasyum klorür, ilaç

endüstrisinde, Potasyum hidroksit(potaskostik), sıvı sabun edesinde

BERİLYUM ( Be ) :Roketlerin dış kaplamasında uçak ve uzay araçlarında

MAGNEZYUM (Mg):Alaşımlarda uçak ve füze yapımında, eczacılıkta, yapay gübre üretiminde. Magnezyum oksit, ateşe

dayanıklı tuğla yapımında



Kalsiyum karbonat (kireç taşı/kalsit CaCO3), sönmemiş kireç ve sönmüş kireç yapımında Kalsiyum oksit (sönmemiş

kireç CaO) çimento yapımında, suların yumuşatılmasında Kalsiyum hidroksit (sönmüş kireç Ca(OH)2 ) harç yapımında

Kalsiyum sülfat (alçı taşı CaSO4), alçıdan kalıp ve heykel yapımında

Stronsiyum Klorür (SrCl2), şeker üretiminde

Baryum sülfat (Barit BaSO4) , bazı röntgen çekimlerinde Baryumsülfür (BaS2), Fosforesans özelliğinden yararlanılır.

Lityum, sodyum, potasyum, berilyum ve magnezyum elementlerinin kullanım alanları özellikleri ile ilişkilendiriniz?

Lityum, berilyum ve magnezyumun alasım oluşturması ve bu alaşımların özellikleri, metallerin özellikleri ile

ilişkilendirilir.

Alaşımların kullanım alanları ile özellikleri arasında ilişki kurulur.

Sodyum ve potasyumun, iyi iletkenlik ve suya karsı yüksek aktivite özelliklerinden yararlanan kullanım alanları

irdelenir

5.5. Alkali ve toprak alkali metallerin önemli bileşiklerinin, ad, formül ve kullanım alanlarını listeler.

Örneğin; Na2CO3 çözeltisinin bazik olması, NaHCO3’ın ısıtılınca veya çözeltisi asitlerle etkileşince gaz oluşturması,

KNO3’ın yükseltgen olması, KCN’ un kompleks oluşturma yetisi, susuz CaSO4’ın su ile hamur yapılınca zamanla sertleşir

Alkali Metal Bileşikleri Yaygın Adları Sistematik

Li

Li2CO3 - Lityum karbonat Tıpta

Na

Na2CO3 Soda külü Sodyum karbonat

Sabun, deterjan, ilaç ve yiyecek katkı maddelerinin elde edilmesinde, suyun arıtılmasında, cam endüstrisinde

NaHCO3 Soda(kabartma tozu) Sodyum bikarbonat Gıda endüstrisinde

NaOH Sud kostik Sodyum hidroksit

Birçok anorganik ve organik bileşik sentezinde, sabun üretiminde

NaCl Sofra tuzu Sodyum klorür Sofra tuzu

Na2SO4.10H2O Glauber tuzu Sodyum sülfatdekahidrat Tekstil endüstrisinde

Na2CO3.10H2O Çamaşır sodası Sodyum karbonatdekahidrat Deterjan endüstrisinde

K

KNO3 Güherçile Potasyum nitrat Gübre endüstrisinde, kibritlerde, barut yapımında

KCl - Potasyum klorür İlaç endüstrisinde, fotoğrafçılıkta

KOH Potas kostik Potasyum hidroksit Bazı akümülatörlerde elektrolit olarak, sabun üretiminde

Rb RbAg4I5 – Rubidyumpentaiyodoargentat İnce film şeklindeki pillerin yapımında

Be BeO - Berilyum oksit Seramik eşya ve özel tip camlar yapmada, floresan tüplerinde, nükleer reaktörlerde kullanılır,

zehirlidir.

Mg

MgO Sinter(magnezya) Magnezyum oksit Ateşe dayanıklı tuğla yapımında, ilaç endüstrisinde

MgCO3 Magnezit Magnezyum karbonat MgO eldesinde, izolasyon, lastik, mürekkep, cam, seramik, boya, ilaç ve

kozmetik endüstrisinde

MgSO4•7H2O Epsom tuzu Magnezyum sülfatheptahidrat Eczacılık, yapay gübre endüstrisinde

Ca

CaCaCO3 Kireç taşı Kalsiyum karbonat Sönmemiş ve sönmüş kireç yapımında ve inşaatlarda,

CaO Sönmemiş kireç Kalsiyum oksit Çimento yapımında, metalürjide, suların yumuşatılmasında



Ca(OH)2Sönmüşkireç Kalsiyum hidroksit İnşaatlarda harç yapımında

CaSO4• 2H2O Alçı taşı Kalsiyum sülfatdihidrat Alçı şeklinde dekoratif işlerde, dişçilikte kalıp alınmasında, hazır duvar

üretiminde

Sr

Sr(NO3)2 - Stronsiyum nitrat Piroteknik sanayinde

SrCl2 - Stronsiyum klorür Şeker üretiminde

Ba

BaS - Baryum sülfür Fosforesans özellik

BaSO4 - Baryum sülfat Bazı röntgen çekiminde

Ra Ra(OH)2 - Radyum hidroksit Kuvvetli baz olarak

Kullanım alanlarını yazınız? Na2

CO3

, NaHCO3

, NaOH, NaCl, Na2

SO4

.10H2

O, KNO3

, KCl, KOH, KCN; CaCO3

, CaO, Ca(OH)2

,

CaSO4

.2H2

O, MgCO3

, MgO, MgSO4

.7H2

O

6.1. 3A grubu elementlerinin ortak özelliklerini, atomlarının elektron dizilimleri ile ilişkilendirir.

3A grubu elementlerinin son enerji düzeyindeki elektron dizilişi ns2np1 şeklindedir . 3A grubu elementleri bileşiklerinde

en fazla +3 yükseltgenme basamağına sahip olabilirler. p orbitalindeki bir elektronu kaybederek +1, hem p hem de s

orbitalindeki toplam 3 elektronu kaybederek +3 yükseltgenme basamağında bulunabilirler. Dolayısıyla3 A grubu

elementleri hem +1 hem de +3 yükseltgenme basamağında bulunabilirler. Yukarıdan aşağıya doğru inildikçe +1

yükseltgenme basamağına sahip bileşikleri daha kararlı olur. Bu nedenle alüminyum, bileşiklerinde genelde +3, talyum

ise +1 yükseltgenme basamağında bulunur.

6.2. Bor elementinin doğal minerallerini tanır.

(Kolemanit Ca2B6O11•5H2O), pandermit(Ca2B6O11•3H2O) ve boraks (Na2B4O7•10H2O) görülmektedir.

Ülkemizde de bol bulunan başlıca bor mineralleri (kolemanit, pandermit, boraks) formüllerini yazınız?

6.3. Bor ve alaşımlarının elde edilişini açıklar ve özellikleri ile kullanım alanları arasında ilişki kurar.

Kolemanit, kırma-öğütme işlemleriyle 1 mm’lik tane boyutuna getirilir. Bu taneler, zenginleştirilmek amacıyla 95 °C’ta %

92,5’lik H2SO4’lereaksiyona sokulur. Reaksiyon sonucunda oluşan karışım süzülerek yabancı maddeler süzüntüden

ayrılır. Derişik süzüntü, 30 °C’a kadar soğutulup kristallendirilir. Kristaller çözeltiden ayrılarak kurutulur.

Ca2B6O11•5H2O + 2H2SO4 + 6H2O 2CaSO4•2H2O + 6H3BO3

Kolemanit Borik asit

Bu şekilde üretilen borik asitten teknik saflıkta bor nasıl elde edilir?

Borik asitten bor elde edebilmek için borik asit, bor triokside dönüştürülür. Bu tepkime iki yönlü olduğu için oluşan su,

ortamdan çekilerek tepkimenin ileri yönde gerçekleşmesi sağlanır.

2H3BO3+ ısı B2O3 + 3H2O

Borik asit Bor trioksit

Elde edilen B2O3, magnezyum ile indirgenerek amorf bor elde edilir.

3Mg + B2O3 +ısı 2B + 3MgO

2BCl3 + 3H2 2B + 6HCl

Yüksek safl ıkta bor potasyum fl oroborat (KBF4)ın, elektrolizi ile elde edilir

KBF43NaKF+NaF +B

Değerlendirme; kolemanitten borik asit, ondan dabor trioksit uretimi irdelendikten sonra, teknik saflıkta borun nasıl

eldeedildiğini gösteriniz?

Bor alaşımlı çeliklerin özellikleri ve uygulamaları ilişkilendirilir.



% 0,04-4,2 B içeren demir bor (ferrobor) alaşımları ve yüzeyinde inceFeB tabakası olan borlanmış çelikler, 800-1000 °C’a

kadar oksidasyona dayanıklıdır. Bu nedenle yüksek sıcaklıkta korozyona uğrayabilecek alanlarda kullanılır. Ferroborun

kullanıldığı önemli alanlardan biri de Nd-Fe-B (NeodyumFerrobor) mıknatıslarıdır. Nd-Fe-B mıknatısları ticari olarak en

yüksek mukavemete ve yüksek yoğunluğuna sahiptirler. 850 g Nd-Fe-Bmıknatısı 3 kg’lık ferritin yaptığı işi yapmaktadır.

Ferrobor, yüksek oranda Mn, Ni, Cr ve Mo’in sağlayabileceği sertleşebilirlik özelliğini sağlamada, paslanmaz çeliklerde

kaynakkabiliyetini yükseltmede, nükleer reaktörlerde regülatör çubuğu yapımında, hadde merdaneleri üretiminde,

çeliklerde yüzey sertleştirmede, nötron absorbsiyonunu arttırmada, yassı ve derin çekme işlemine tabi tutulacak

çeliklerde, otomobillerin sileceklerinde ve marş motorlarında, manyetik ayırımda, cep telefonlarında,

sensörlerde,metalik cam üretiminde, yüksek frekanslı trafo çekirdeklerinde, EKG vb. cihazların sensörlerinde

kullanılmaktadır.

6.4. Bor bileşiklerinin özelliklerini, kullanım alanlarını ve Türkiye için önemini açıklar.

Borik asit, tıpta antiseptik madde olarak en çok göz damlalarında, göz pomatlarında ve talk pudralarında kullanılır. Bu

ilaçların içine genellikle % 5-10 konsantrasyonunda katılmaktadır. Borik asit, kağıt gibi selülozik malzemelerin alev

almasını önlediği için, evlerde kullanılan duvar kağıtlarına yangın riskini azaltmak için %5oranında eklenir.

Boraks ve borik asit, bakterileri öldürücü niteliği, su içinde kolay çözünürlüğü ve mükemmel su yumuşatıcı özellikleriyle

sabunlarda, temizleyicilerde, deterjanlarda, çok çeşitli ilaçların yapımında, tekstil boyamalarında, çeşitli malzemelerin

uzun süre korunmasında, hafif dayanımlı alaşımların yapılmasında ve tarım sanayiinde çok yaygın kullanım alanlarına

320- C ısıtılmasıyla susuz boraks kristalleri elde edilir. Boraks; porselen eşya, glazür ve ısı değişikliğine dayanıklı cam

(pyrex) yapımında kullanılır. Toz hâlindeki boraks, renkli cam imalinde camı renklendirmek için katkı maddesi olarak

kullanılır. Örneğin boraks, kobalt oksitle ısıtılırsa mavi renkli bir pigment oluşturur. Bu pigment cama katıldığında mavi

renkli emaye imalinde de kullanılan cam elde edilir.

Sodyum perborat renkleri soldurmayan ağartıcıların yapılmasında kullanılır.

Boranlar, hidrojence zengin oldukları için enerji ham maddesi olarak kullanılırlar. Metalik Mg, bor trioksit ile ısıtıldığında

oluşan ürün asitlerle etkileştirilirse bir gaz oluşur. Bu gaz uçucu bir madde olan bor hidrür bileşiklerini içerir. Bor

hidrürler, bor atomunun sayısına göre diboran(B2H6), tetraboran (B4H10), pentaboran (B5H11) gibi isimler alır.

Diboran (B2H6), renksiz bir gazdır ve yüksek sıcaklığa kadar ısıtıldığızaman hidrojen ve saf bora ayrışır.

Boranlardan tetraboran (B4H10), katı yakıt olarak füzelerde kullanılır.

Bu nedenle uzay araştırmalarında stratejik bir öneme sahiptir. Özellikle ülkemizdeki bor rezervi düşünüldüğünde ülkemiz

ekonomisi açısındanbor bileşiklerinin ne kadar önemli bir yere sahip olduğu gözden kaçırılmamalıdır.

Sodyum borohidrür (NaBH4), oto endüstrisi bakımından önemli bir bileşiktir.

Sodyum borohidrürün iyi bir hidrojen kaynağı olması nedeniyle füzekatı yakıtlarında, yüksek enerjili jet motorlarda ve

roketlerde saf hidrojen kaynağı olarak kullanımı konusunda çalışmalar yapılmaktadır. Sodyumborohidrür özellikle organik

kimyada çok kullanılan bir indirgendir. Ayrıca herhangi bir yüzeyin nikel ile kaplanmasında da kullanılır. Bor bileşikleri

birçok endüstri alanında kullanılmaktadır. Dünyanın toplam bor rezervi B2O3 bazında 1,2 milyar ton olduğu tahmin

edilmektedir. Bunun % 67’si Türkiye’dedir. Türkiye’nin bor rezervi dünya bor talebini 700 yıl karşılayabilecek düzeyde,

ABD ve Rusya’daki rezervler ise ancak 70 yıllık ihtiyacı karşılayabilecek düzeydedir. Dünya’nın en büyük bor rezervleri

Türkiye’de bulunmaktadır.

Türkiye’nin bilinen bor yataklarını Bigadiç - Balıkesir (kolemanit, üleksit),Kırka - Eskişehir (tinkal), Emet - Kütahya

(kolemanit), Kestelek - Bursa(kolemanit, üleksit, probertit) oluşturmaktadır. Türkiye’nin 800 milyon ton dolayında olan

rezervinin, % 64,4’ünü kolemanit, % 31,8’ini tinkal,% 3,7’sini üleksit mineralleri oluşturmaktadır. Türkiye, bor



rezervlerinin bolluğunun yanı sıra, cevherlerimizin nispeten dar bir sahada büyükyataklar hâlinde konuşlanması ve açık

ocak yöntemiyle üretim imkanlarının olması da avantajlıdır. Eti Maden İşletmeleri’nin bor mineralleri ve rafi ne bor

ürünleri üretimi konusunda sürdürdüğü çalışmalar sonucunda; konsantre ve rafine bor ürünleri üretimi her geçen yıl

artmaktadır. Ülkemizdeki konsantre ve rafine bor üretimi, Eti Maden’e ait Kırka, Emet, Bandırma, Bigadiç ve Kestelek

işletmelerinde yapılmaktadır. Bu işletmelerde üretilen ürünler şunlardır:

• Konsantre kolemanit

• Konsantre tinkal

• Konsantre üleksit

• Boraks pentahidrat

• Boraks dekahidrat

• Borik asit

• Sodyum perborat monohidrat

• Sodyum perborat tetrahidrat

• Susuz boraks

• Kalsine tinkal

• Boroksit (Susuz borik asit)

• Zirai bor

Ayrıca İ.T.Ü. Yüksek Teknoloji Seramik ve Kompozitleri Araştırma Merkezi’nde (YTSKAM) üretim teknolojileri geliştirilen

başlıca bor, bor bileşikleri ve alaşımları şunlardır:

• Amorf bor

• Kristalin bor

• Bor karbür

• Hekzagonal ve kübik bor nitrür

• Bor alaşımları (ferro bor, nikel bor, kobalt bor)

Türkiye; rezerv, üretim ve cevher kalitesi açısından önemli avantajlara sahiptir.

Borik asit, boraks, sodyum perborat, sodyum borohidrur ve sodyummetaboratın yapıları, özellikleri ve kullanım

alanları arasında ilişki kurulur.

Basit boranların yapıları incelenerek bu bileşiklerin uzay araştırmalarındaki stratejik önemi nedir?

Bu bileşiklerin ülkemiz ekonomisi acısından önemi nedir?

Toprak metallerinin (bor dâhil) elektron dizilimleri ile kimyasal özellikleri ilişki nedir?

Bu özelliklerin grup içinde değişimi nasıldır?

Yüksek saflıkta borun üretim yöntemleri kısaca gözden geçirildikten sonra, teknik ve yüksek saflıkta borun kullanım

alanları kısaca açıklayınız?

İçinde yemeklerin, böreklerin, keklerin piştiği ısıya dayanıklı cam kapları kadar yüksek sıcaklığa nasıl dayanır?

Ülkemizde bor madenciliğinin ve bor bileşikleri endüstrisinin durumu nedir?

Sodyum borohidrür bileşiğinin oto endüstrisi açısından önemi nedir?

6.5. Alüminyumun üretim yöntemlerini irdeler; metalin ve alaşımlarının özellikleri ile kullanım alanlarını ilişkilendirir. Yer kabuğunda oksijen ve silisyumdan sonra en çok rastlanan element alüminyumdur. Alüminyum doğada oksit, hidratlanmış oksit ve silikat hâlinde bulunur. Alüminyum oksit doğada bulunan hemen hemen her mineralde mevcuttur. Fakat alüminyum eldesinde bu minerallerin hepsi kullanılamaz. Çünkü bu minerallerdeki alüminyum miktarı azdır. Alüminyumun en önemli mineralleri boksit, feldspat ve killerdir. Boksit, hidratlanmış alüminyum oksit mineralidir, alüminyum oksidinmonohidrat (Al2O3.H2O) ve trihidratlarının (Al2O3.3H2O) karışımıdır. Türkiye’de Konya (Seydişehir),



Antalya, Adana, Gaziantep ve Muğla’da geniş boksit yatakları bulunmaktadır. Feldspat (K2O.Al2O3.6SiO2), silikat yapısındadır ve bol bulunan alüminyum minerallerinden biridir. Kil adı ile bilinen çok çeşitli mineral vardır. Feldspat minerallerinin su ve karbon dioksit etkisi ile ayrışması sonucu kaolin (Al2O3.2SiO2.2H2O)oluşur. Kaolin, killerden en saf olanıdır. Alüminyum içermeyen lületaşı kildir. Kimyasal formülü Mg4Si6O15(OH)2.6H2O Kil mineralleri, tabakaları arasına giren birtakım anorganik ya da organik anyon ve katyonları adsorplama ve değişebilir konumda tutma özeliğine sahiptir. Bu iyonlar sulu çözeltideki iyonlarla muamele edilerek değiştirilebilir. Kil minerallerinin tabakaları arasında bulunan Na+, K+,Ca2+ ve Mg2+ gibi katyonlar, inorganik ve organik tüm katyonlarla yer değiştirebildiklerinden, değişebilen katyonlar olarak adlandırılırlar. Değişebilen katyon olarak Na+ içeren bir kil CaCl2 çözeltisi ile karıştırıldığında çözeltideki her bir Ca2+ iyonu, iki Na+ iyonunun yerini alır. Bu işleme katyon değiştirme denir. Kil minerallerinin kullanıldığı ve çalışıldığı her alanda katyon değişimi ve katyon değişimi reaksiyonu önemlidir. 1. Boksitten saf alümin (Al2O3) üretimi Alümin üretiminde cevherin bileşimine bağlı olarak iki yöntemden biri seçilir. Yüksek tenörlü boksit cevherlerine Bayer Yöntemi (Yaş Yöntem), fazla miktarda silisyum içeren boksit cevherlerine Kuru Yöntem uygulanır. Alaşımları Özellikleri Kullanım alanları Al -%100 Al-İyi bir indirgendir. Asitlerle ve bazlarla tepkimeye girer. Toz alüminyum hava ile veya diğer yükseltgenlerle

kolayca yükseltgenir. Alüminyum; folyo yapımında, roket yakıtlarında ve patlayıcılarda kullanılır.

Duralumin-% 94 Al-% 4 Cu-% 1 Mg-% 1 Mn-Sert, hafi f, fiziksel ve kimyasal aşındırıcılara dayanıklıdır.

Havacılık sanayii, otomobil sanayii, gemi sanayii, fotoğrafçılık malzemeleri, spor malzemeleri, ev eşyaları, kimya sanayii,

hassas ölçü aletlerinde

Silumin-% 84 Al-% 16 Si-Kimyasal etkilere dayanıklı Kimya endüstrisinde kullanılan metal kapların yapımında

Magnoks-Mg-AlKorozyona karşı dayanıklı Nükleer reaktörlerde

Titanal-% 85,5 Al-% 2,5 Mg-% 7 Zn-% 1,7 Cu-% 0,1 Zr-Yüksek mekanik özellikler (darbe direnci, çekme dayanımı, esneklik

gibi)Yüksek performans sağlaması istenen spor malzemelerinin üretiminde (kayak, snowboard)

Değerlendirme:

Killerden kaolin ve lüle taşının bileşim formülleri nedir?

Killerin katyon değiştirme özelliği açıklayınız?

6.6. Yaygın alüminyum bileşiklerini ve kullanım alanlarını betimler.

Kil

Isıtıldıklarında plastik özellik gösterirler. Bazı kil türleri yüksek sıcaklığa da dayanıklıdır. Seramik endüstrisinde ve ateş

tuğlası yapımında (ısıya dayanıklı olanlar) kullanılır.

Alüminyum klorür

(AlCl3)Güçlü bir Lewis asididir. Katılma bileşikleri oluşturarak tepkimeleri katalizler. Ayrıca ter bezi kanallarının deri yüzeyine açıldığı yerlerde mekanik engel oluşturup salgı hücrelerinde küçülme yapar. Susuz alüminyum klorür, petrol sanayiinde, kauçuk elde edilmesinde, organik kimyada katalizör olarak; kristal alüminyum klorür ise tekstil sanayiinde, bazı özel sabunların yapılmasında ve suyun temizlenmesinde, antipersperantlarda kullanılır. Alüminyum sülfat

Al2(SO4)3•18H2O, Beyaz kristal hâlindedir. Çözeltisi aşındırıcıdır. Hidroskopiktir. %1’likçözeltisinin pH’ı 3,5’tir.Boyacılıkta, kâğıt fabrikalarında kâğıdı tutkallamak için ve tekstil sanayi inde mordan olarak, içme suyu ve atık su arıtımında sudaki kirlilikleri dibe çöktürmek için kullanılır. Şap

[KAl(SO4)2•12H2O]. Suda çözünür, ışığı geçirir. Tekstil, gübre, kağıt, deri ve boya sanayiinde kullanılı Değerlendirme



Alüminyumun doğada kil ve boksit minerallerinin bileşiminde bulunduğu örneklerle açıklanır.

Boksit mineralinden alüminyum üretimi kısaca gözden geçirilir.

6.7. 3A grubundaki diğer metallerin ve bunların bileşiklerinin endüstri açısından önemini irdeler.

Galyum, tuzlarından elektroliz yolu ile elde edilen mavi-beyaz renkli bir metaldir. Eridiği zaman hacim azalması gösterir.

Alüminyum ile oda sıcaklığında sıvı olan alaşım oluşturur. Galyumun erime noktası (29,78 C) ve kaynama noktası (2403

ndaki farktan yararlanılarak yüksek sıcaklık termometreleri yapılmaktadır. Galyum dişçilikte de,dolgu alaşımı

yapımında çok az da olsa kullanılmaktadır.

İndiyum da galyum gibi tuzlarından elektroliz yolu ile elde edilir. Çoksert bir metaldir. İndiyum, kuyumculukta ve

dişçilikte kullanılan alaşımlara az oranlarda katıldığında matlaşmayı önler. İndiyum ile kaplanan metal yüzeyler, aşınmaya

ve atmosfer etkilerine karşı dayanıklılık kazanır. Bu nedenle formula1 arakalarında ve uçaklarda kullanılır. Ayrıca indiyum

kullanılarak yapılan aynalar optik aygıtlarda kullanılır.

Talyum, kurşuna benzeyen mavimsi beyaz renkli parlak bir metaldir.Yüksek sıcaklıkta yeşil bir alevle yanarak oksit

oluşturan talyumun en önemli bileşikleri arasında TlCl, TlCl3, TlAl(SO4)2•12H2O (talyum şapı)bulunur.

GaAs-GaN

Işığı doğrudan elektiriğe dönüştürebilir (foto iletkenlik).Işık yayan diyotlarda(Led ve transistör)kullanılır.

InAs-In2S3-InP

Matlaşmayı önler, dış etkilere karşı dayanıklılık kazanır. Yarı iletkenlerin üretiminde kullanılır.

Tl2(SO4)3-Tl(CO3)2-TlBr3

Suda çözünürler ve çok zehirlidir. Fare öldürücü olarak kullanılır.

Tl2S3

IR ışınlarına maruz kaldığında elektrik iletkenliği değişir. Fotosellerde kullanılır.

Değerlendirme:

Suda ve asitte çözünür talyum bileşiklerinin insan sağlığına etkileri nedir?

Galyum, indiyum ve talyumun yarı iletken bileşikleri ve bunların kullanım alanları nedir?

7.1. Karbon allotroplarının bağ yapılarını karşılaştırır; kullanım alanlarına örnekler verir.

Aynı elementin atomlarının uzayda farklı şekilde dizilmesi sonucunda oluşan farklı geometrik şekillerdeki kristallerine allotrop denir. Karbon allotroplarının özelliklerindeki farklılıkların nedeni bağ yapıları ile ilişkilidir. Elmas düzgün bir kristal yapıya sahiptir. Her karbon atomu çevresindeki diğer dört karbon atomuyla bağlanmıştır. Elmasta karbon atomları düzgün dörtyüzlü bir geometri oluşturur ve her atom dört bağ yapar. Grafitte karbon atomları altıgen halkalar şeklinde dizilmiştir. Bu altıgen halkalar tabakalar hâlindedir. Tabakalar arasında zayıf etkileşimler vardır. Allotropların fiziksel özelliklerinin tümü ve kimyasal özelliklerinin büyük bir kısmı birbirinden farklıdır. Örneğin, tepkimeye girme istekleri birbirlerinden farklıdır. Sadece aynı maddeyle tepkimeye girdiklerinde oluşturacakları bileşikler aynıdır. Elmas, çok sağlam bir yapıya sahiptir ve doğal maddelerin içinde en sertidir. Bu özellikleri sayesinde diğer bütün maddeleri çizebilir, ideal bir aşındırıcıdır. Şeffaf ve elektrik iletkenliği olmayan elmas, iyi bir ısı iletkenidir. Grafit siyah, parlak ve iletken bir katıdır. Elektrik iletkeni olarak endüstride kullanılır. Grafitte tabakalar birbiri üzerinde kolayca kayabildiği için yağlayıcı olarak kullanılır. Son yıllarda grafit ve elmas dışında karbonun başka bir allotropu daha bulunmuştur. Bu allotrop nanometre boyutunda ve oldukça sağlam olması bakımından önemlidir. Bu karbon allotropuna örnek olarak C60 molekülü verilebilir. Daha sonra bu moleküllerin çok çeşitli türleri keşfedilmiştir. Bu moleküllere genel olarak fulleren denir. Karbonun bu tür nano yapıları top, tüp, çubuk ve halka şeklinde sınıflandırılabilir.



Grafit ve elmas ağ yapısında moleküller olduğu için sıvı çözücülerde çözünmezler, fakat moleküler fullerenler, uygun çözücülerde çözünebilirler. Fullerenlerin birçok kullanım alanı vardır. Örneğin, bazıları süper iletken olduğu için elektronikte, bazıları HIV virüsüne etki ettiği için tıpta, bazıları soğurma özelliğinden dolayı optikte sınırlayıcı aygıt olarak foto yansıtıcı, fotoiletken, fotodiyot ve transistor, bazıları güneş pillerinde, bazıları hidrojen depolama ve pil yapımında kullanılmaktadır. Son zamanlarda gerçekleştirilen çeşitli sentezler ile fulleren bileşiklerinin sayısı artmaktadır. Değerlendirme:

Grafit, elmas ve fulleren (C60) allotroplarında karbon atomlarının bağlanma farkları nedir?

Allotropi nedir?

Allotropların kullanım alanları bağ yapıları arasında ilişki kurunuz?

7.2. Nanoteknolojide önemli olan karbon nanotüplerinin malzeme bilimi açısından önemini, yapısı ile ilişkilendirir. Nanometre boyutundaki yapıların teknolojide kullanılmasıyla nanoteknoloji ortaya çıkmıştır. Nanoteknoloji sayesinde cep telefonları, televizyonlar ve bilgisayarlar gibi birçok elektronik aletin işlevleri artarken boyutları küçülmektedir. Molekül geometrilerine ve ortam koşullarına bağlı olarak karbon nanotüpler; iletken, yarı iletken ve süper iletken özellik gösterirler. Nanotüpün geometrik yapısının değiştirilmesiyle elektronik özellikleride değiştirilebilir. Nanotüplerin elektronik uygulamalarda önemli bir yeri vardır. Çok esnek ve sağlamdırlar. Nanotuplerin ve nanotüp esaslı malzemelerin üstün özelliklerinden bazıları ve kullanıldığı alanlar şunlardır: Taramalı mikroskobun uç kısmına bağlanan nanotüpler, çözünürlüğü10 kat arttırdığı için protein ve diğer büyük moleküllerin daha açık bir şekilde görünmelerini sağlar. Bu aletle daha önceleri görüntülenemeyen nano yapıların görüntülenmesi mümkün olmuştur. Bu nano uçlar, günümüzde talep üzerine tek tek üretilerek piyasaya sürülmektedir. Yarı iletken nanotüpler, oda sıcaklığında alkalilere, halojen ve diğer gazlara maruz kaldıklarında elektriksel dirençleri belirgin şekilde değişir. Dolayısıyla üstün duyarlılıkta algılayıcıların yapımında kullanılabilirler. Nanotüp uçlu atomik kuvvet mikroskobu, DNA ipliciğini izleyerek bir genin birkaç olası değişkeninden hangisinin iplikçikte bulunduğunu belirleyen kimyasal işaretleri ortaya çıkarabiliyor. Bu özellik nedeniyle kimyasal ve genetik sonda yapımında kullanılırlar. Bir yüzeyin kimyasını görüntülemek için bulunmuş tek yöntemdir. Ancak şimdiye kadar sadece” DNA’nın kısa parçalarında uygulanmıştır. Günümüzde nanotüplerin hidrojen ve iyon depolanmasında kullanılması için çalışmalar devam etmektedir. Böylece verimli ve ekonomik yakıt hücreleri geliştirilebilecektir. Nanoteknolojideki nono yapıların geleceğin teknolojisini oluşturacağını göstermektedir. Nanotuplerin ve nanotüp esaslı malzemelerin üstün özellikleri nedir Geleceğin teknolojisi acısından önemi nedir? 7.3. Karbon oksitlerinin, karbonik asidin ve karbonatların özellikleri ile doğadaki ve hayattaki işlevlerini açıklar. Karbon monoksit, organik moleküllerin az miktarda oksijen bulunan ortamda yanması ile oluşur. Endüstride ise re-forming (yeniden oluşum)reaksiyonu ile üretilir. Bu reaksiyonda, hidrokarbon ve su buharı, nikel katalizörlüğünde karbon monoksit ve hidrojene çevrilir. Karbon monoksit laboratuvarda formik asidin derişik sülfürik asitlede hidrasyonu ile elde edilir. İnsan vücudunda O2, hemoglobindeki Fe2+na bağlanarak taşınır. Fakat ortamda karbon monoksitin olması durumunda oksijenin yerine karbon monoksit geçer ve hemoglobinin oksijen taşımasına engel olur. Bu da insanın zehirlenmesine yol açar. Karbon monoksit, renksiz ve kokusuz olduğu için ortamdaki varlığını anlamak zordur. Oldukça tehlikeli ve sinsi bir gazdır. Karbon monoksit; jeneratör gazı, su gazı, kuvvet gazı ve hava gazı içinde kullanılır. Karbon dioksit, organik bileşiklerin çok miktarda oksijen içeren ortamda yanması sonucunda oluşur. CH4(g)+ 2O2(g) - >CO2(g)+ 2H2O(g) Atmosferin bir bileşeni ve bir solunum ürünü olan karbon dioksit, küresel ısınma ve diğer iklim olaylarından sorumludur. Magnezyum dışında, pek çok maddenin yanmasını engelleyen karbon dioksit, yangın söndürücülerde kullanılır.



Karbondioksit, soğutucularda, can yeleklerinin şişirilmesinde, kömürün parçalanmasında, kauçuk ve plastiklerin köpüklendirilmesinde ve karbonatlı içeceklerde kullanılır. Ayrıca bitkilerin büyümelerini hızlandırdıkları için seralarda da kullanılır. Yeşil bitkiler, karbon dioksit ve suyu, karbonhidratlara ve oksijene dönüştürürler. Karbon dioksit tüm doğal sularda çözünmüş hâlde bulunur. Karbonik asit (H2CO3), karbondioksitin suda çözünmesiyle oluşan zayıf bir asittir. Karbon dioksitin sudaki çözünürlüğü çok az olduğu için karbon dioksit çözeltisi bir denge karışımıdır. Ortamda H2CO3’in yanısıra CO2, HCO3

- ve az miktarda da CO32-

bulunur. Yağmur suyu zayıf karbonik asit çözeltisidir (Yağmur suyu atmosferdeki karbon dioksitle dengedeyken pH=5,6’dır.). Atmosferde ki karbon dioksit miktarı arttığında yağmur suyunda ve denizlerde çözünen karbon dioksit, karbonik asidin artmasına, bu da denizlerde yaşayan canlıların zarar görmesine neden olmaktadır. Örneğin, denizlerde kibazı mercan kayalıkları, buna bağlı olarak da birçok tür yok olmaya başlamıştır. Değerlendirme:

(CO, CO2, H2CO3) elde edilişleri ve sağlık acısından önemli yönleri nedir?

7.4. Silisyumun doğal bileşiklerinin yapılarını, özellikleri ve kullanım alanları ile ilişkilendirir.

Silisyum, oksijenden sonra yer kabuğunda en bol bulunan (%25,7)elementtir. Doğada serbest hâlde bulunmaz, bileşikleri

hâlinde bulunur. Cam yapımında kullanılan kumun ana bileşeni olan kuvars, silisyum(IV) oksitten (SiO2) oluşur. Kayaların

yapısında silikat iyonu (SiO32-)içeren silikatlar (feldspat, kaolen, mika gibi) hâlinde bulunur. Kuvars ve silikatlar doğada bol

miktarda ve yaygındır. Teknik saflıkta silisyum elementi, kuvars kumundan elde edilir. Silis ile karbonun elektrik ark

ocağında indirgenmesi ile aşağıdaki tepkimegerçekleşir.SiO2(s)+ 2C(k) Si(s)+ 2CO(g)

Yüksek saflıkta silisyum, uçucu bileşiklerinden ve süblimleştirmeile elde edilir. Bu amaçla yukarıdaki tepkime ile elde edilen silisyum üzerinden, klor gazı geçirilerek silisyum tetraklorür oluşturulur. Si(k)+ 2Cl2(g) SiCl4(s)Bu bileşik damıtılır ve hidrojenle indirgenir. SiCl4(s)+ 2H2(g) Si(k)+ 4HCl(g)Böylece yüksek saflıkta silisyum elde edilir. Silisyumun en önemli özelliği yarı iletken olmasıdır. Kuvarsın ve silikatların (feldspat, kaolen, mika gibi) yaygınlığına ve doğal bolluğuna işaret edildikten sonra silisyum

elementinin teknik saflıkta (kuvars kumundan) ve yüksek saflıkta (uçucu bileşiklerinden ve süblimleştirme ile)üretimi

nasıldır?

Silisyum elementin elektrik iletkenlik özellikleri, metaller ve yalıtkanlarla karşılaştırınız?

7.5. Yarı iletkenliği metalik iletkenlik ile karşılaştırır. Metaller yüksek elektriksel iletkenliğe sahiptir. Çünkü metallerde değerlik elektronları, elektronca boş olan değerlik orbitallerinde serbestçe hareket edebilir. Bu nedenle metaller iyi birer iletkendir. Yalıtkanlar elektriği iletmeyen maddelerdir. Elektrik iletkenliği bakımından iletkenlerle yalıtkanlar arasında yer alan elementlere yarı iletken denir. Isı, ışık, manyetik etki veya elektriksel gerilim gibi dış etkiler uygulandığında yarı iletkenlerin elektrik iletkenliği artar. Yarı İletkenlere uygulanan dış etki veya etkiler ortadan kaldırıldığında eski durumlarına geri dönerler. Yarı iletken ne demektir? Yarı iletkenlik ile metalik iletkenlik arasında ne gibi farklılıklar vardır? 7.6. Silisyumun ileri teknoloji açısından önemini irdeler. Yarı iletkenlerde doplama diyot, transistör gibi temel elektronik bileşenlerin kullanım alanlarını arttırmıştır. Bu sayede son 60 yılda yarı iletken endüstrisi oldukça gelişmiştir. Yarı iletkenlerin en önemli uygulama alanı elektronik endüstrisidir. Transistörlerde ve güneş pillerinde yarı iletkenlerin kullanılması ile elektronik aletlerin boyutları gittikçe küçülmüştür. Bu sayede elektronik aletler uzay seyahatlerinde de rahatlıkla kullanılabilir hâle gelmiştir. Günümüzde yarı iletkenler, radyo



ve televizyonlardan, hesap makineleri ve bilgisayarlara kadar hemen hemen bütün elektronik cihazlarda kullanılmaktadır. 7.7. Yarı iletkenlerde doplama (doping) kavramını ve doplamanın diyot, transistör gibi temel elektronik bileşenlerin çalışmasındaki önemini açıklar. Metallerin elektrik iletkenliği sıcaklıkla azalırken yarı iletkenlerin iletkenlik özellikleri sıcaklıkla artar. Yarı iletken elemente, küçük miktarda katkı maddesi ilave edilerek elementin elektrik iletkenliği arttırılabilir. Bu işleme doplama (doping)denir. Örneğin önemli bir yarı iletken olan silisyuma çok az miktarda bor ya da fosfor ilave edildiğinde, silisyumun elektrik iletkenliği artar. Bir yarıiletkenin iletkenliği doplama ile 100000 kat veya daha fazla arttırılabilir. Doplamada Al, In ve Ga gibi metaller de kullanılır. Yarı iletkenlerde doplama diyot, transistör gibi temel elektronik bileşenlerin kullanım alanlarını arttırmıştır. Bu sayede son 60 yılda yarı iletken endüstrisi oldukça gelişmiştir. Yarı iletkenlerin en önemli uygulama alanı elektronik endüstrisidir. Transistörlerde ve güneş pillerinde yarı iletkenlerin kullanılması ile elektronik aletlerin boyutları gittikçe küçülmüştür. Bu sayede elektronik aletler uzay seyahatlerinde de rahatlıkla kullanılabilir hâle gelmiştir. Günümüzde yarı iletkenler, radyo ve televizyonlardan, hesap makineleri ve bilgisayarlara kadar hemen hemen bütün elektronik cihazlarda kullanılmaktadır. Değerlendirme: Doplama işleminin anlamı ve yarı iletkenlik acısından önemi nedir? Yarı iletkenlerin iletkenlik özelliklerinin sıcaklıkla ve çok düşük oranda katkılarla nasıl değişir

Silisyum esaslı yarı iletkenlerin elektronik endüstrisi acısından önemi açıklanır.

7.8. 4A grubundaki diğer metallerin ve bileşiklerinin kullanım alanlarına örnekler verir. Yarı iletken bir element olan germanyum, oldukça geniş kullanım alanına sahiptir. Elektronik endüstrisinde transistörlerin yapımında kullanılır. Ayrıca platin- C arasındaki sıcaklıkların ölçülmesinde kullanılır. Germanyum ve germanyum oksit, kızılötesi ışığa karşı şeffaftır. Bu nedenle, kızıl ötesi spektroskoplar gibi muhtelif optik aletlerde ve hassas kızıl ötesi detektörlerinde kullanılırlar. Optik özellikleri nedeniyle, geniş açılı kamera merceklerinde, projektörlerde ve mikroskop merceklerinde de tercih edilen bir bileşendir. Bazı germanyum bileşikleri, belirli bakteri türlerine karşı etkileri nedeniyle, kimyasal tedavi yöntemlerinde kullanılmaktadır. Kalay korozyon direnci yüksek bir madde olduğundan konserve kutularının, yemek pişirilen veya saklanan kapların kaplanmasında(bakır kapların kalaylanmasında); kalay dioksit, cam ve seramik endüstrisinde kullanılır. Bazı diş macunlarının içeriğinde kalay ve flor bileşiği olan SnF5 kullanılır. Kalay süper iletken mıknatısların yapımında da kullanılmaktadır. Kurşun ve kurşun bileşikleri genel olarak son derece zehirlidir. Kurşunun en önemli bileşikleri kurşun oksitler ve kurşun sülfattır. Oksitleri yağlı boyalarda, camlarda ve seramiklerde; sülfatları akülerde, camda, seramikte ve yağlı boyalarda kullanılır. Kalay ve kurşunun oluşturduğu en önemli alaşım lehimdir. Lehim, erime noktası 200- yumuşak bir alaşımdır. Elektrik devrelerindeki tellerin ve parçaların birleştirilmesinde kullanılır.1 atm’de)

E.N K.N Yoğunluk Görünüşü

Germanyum 937 2830 5,32 Gri-beyaz

Kalay 232 2720 7,29 Beyaz, parlak

Kurşun 328 1760 11,34 Mavi-beyaz, parlak

4A grubunun ağır elementlerinin (germanyum, kalay ve kursun) temel özellikleri metallerin kullanım alanları

özellikleri ile ilişkilendiriniz?

Kalay dioksitin (cam ve seramik endüstrisinde),kursun oksitlerinin (yağlı boyalarda, camlarda ve seramiklerde) ve

kursunsulfatın (akülerde, camda, seramikte ve yağlı boyalarda) kullanımı, bu bileşiklerin özellikleri ile ilişkilendiriniz?

8.1. Havadan azot elde etme yöntemini açıklar.



Oda sıcaklığında gaz hâlinde bulunan azot, atmosferde hacimce %78 oranında bulunur. Bu nedenle en önemli azot kaynağı havadır. Laboratuvarda azot eldesi amonyum nitritin ısıtılmasıyla gerçekleşir. NH4NO2 N2+ 2H2O Amonyum nitrit, kararsız bir maddedir. Bu nedenle sodyum nitrit çözeltisi içine amonyum sülfat çözeltisi damlatılarak azot eldesi sırasında oluşturulur. Tepkime denklemleri aşağıdaki şekildedir. (NH4)2SO4 + 2NaNO2 2NH4NO2+ Na2SO4 2NH4NO2 2N2+ 4H2O Toplam: (NH4)2SO4 + 2NaNO2 2N2+ 4H2O + Na2SO4 Azot, endüstride sıvı havanın fraksiyonlu damıtılmasından elde edilir. Bu işlem için öncelikle havada azotla birlikte bulunan CO2’inkalsiyum hidroksit çözeltisinden geçirilerek çözeltide kalması sağlanır. Daha sonra CO2’ten ayrılan hava, soğutucularda art arda genleştirme ve sıkıştırma ile -Böylece hava sıvılaştırılmış olur. Sıvı hava damıtıldığında önce kaynama noktası düşük olan azot (kaynama noktası -195,8

(kaynama noktası - e ortamda kalır. Damıtma işlemi sırasında azotun içine karışmış olarak bulunabilecek oksijen, elde edilen sıcak gazın bakır üzerinden geçirilmesi ile uzaklaştırılır. 2Cu(k) + O2(g) 2CuO(k) Değerlendirme: Havadan azot üretimi kısaca anlatınız? Laboratuvarda (amonyum nitritten) azot üretimine ilişkin denklem irdeleyerek kendi kendine redoks

(disproporsiyonasyon) örnek veriniz?

8.2. Azot molekülünün yapısını özellikleri ve kullanım alanları ile ilişkilendirir.

Renksiz, kokusuz ve tatsız bir gaz olan azotun elektronegatifliği oldukça yüksektir (3,0). Bu nedenle diatomik veya bileşikleri hâlinde bulunur. N2 molekülü, N:::N Levis yapısına sahip olduğundan tepkime vermeye yatkın değildir. Azot molekülündeki üçlü bağın

kırılması için gerekli enerji (944 kJ mol-1) oldukça yüksektir. Bu nedenleN2 gazı inert (kararlı) bir gazdır. Azotun oksitleyici

olmaması nedeniyle havadaki oksijenden olumsuz etkilenen gıda ve ilaç gibi ürünler azot atmosferinde saklanır.

Sıvı patlayıcıların üzerini örtmek için, otomobil ve uçak tekerleklerinin dolumunda kullanılır. Sıvı azot düşük sıcaklıklarda gerçekleştirilen tepkimeler için uygun bir soğutucu (dondurucu)dur (Resim 1.8.2). Sıvı azot, gıda ürünlerinin dondurulması ve taşınmasında, canlı dokuların (üreme hücreleri, biyolojik malzemeler) dondurularak korunmasında, yüksek hassasiyetteki elektronik cihazların (yüksek performanslı bilgisayarlar, amplifikatörler) donanımlarının soğutma sistemlerinde, dermatolojide cilt yaralarının dondurularak alınmasında kullanılır. Azotun yüksek elektronegatifliğine rağmen N2 moleküllerinin inert karakteri, molekülün Lewis yapısı temelinde

açıklayınız?

Hava oksijeninden olumsuz etkilenen gıda ve ilaç gibi ürünlerin azot atmosferinde saklanması, azot gazının fiziksel ve

kimyasal özellikleri ile ilişkilendiriniz?

Doğada azot bileşiklerinin çok az olması N2 molekülünün düşük reaksiyon yatkınlığı ile ilişkilendiriniz?

8.3. Azotun farklı yükseltgenme basamaklarında bulunduğu bileşiklerine örnekler verir.

NH3 Amonyak -3

H2NNH2 Hidrazin -2

NH2OH Hidroksil amin -1



HN3 Hidrazoik asit -1/3

N2 Azot 0

N2O Diazot monoksit +1

NO Azot monoksit +2

N2O3 Diazot trioksit +3

NO2 Azot dioksit +4

N2O5 Diazot pentaoksit +5

Azot: 1s2 2s2 2p3 elektron dizilişine sahiptir. Azot atomları küçük olduğu için p orbitallerini kullanarak çoklu bağlar

oluşturabilir. Bu nedenlerle azot -3’ten +5’e kadar tüm yükseltgenme basamaklarına sahiptir. Ayrıca

azotür iyonundaki (N3-) gibi kesirli yükseltgenme basamağına (-1/3) da sahip olabilir. Azotun hidrojenli bileşikleri,

hidrojen bağı oluşturabilirken diğer 5A grubu elementleri bu bağı oluşturamaz.

NH3, H2NNH2, NH2OH, HN3 (Hidrazoik asit; azotik asit), N2, N2O, NO,N2O3, NO2 ve N2O5 bileşiklerinde azotun

yükseltgenme basamağı hesaplanarak azot elementinin çok değişik yükseltgenme basamaklarında bulunabilmesinin

nedeni açıklayınız?

8.4. Azot oksitlerinin oluşumunu ve çevre için zararlı etkileri Azot oksitler, doğal olarak şimşeğin çıkardığı ısı ve ışık etkisiyle oluşur. Oluşan azot oksitler yağmurda çözünerek yeryüzüne düşer ve böylece besin zincirine katılır. Ayrıca atmosferin oluşumu ve kirlenmesinde de önemli rol oynarlar. Azot oksitlerinin sayısı oldukça fazladır. Bunlara N2O, NO, N2O3, NO2, N2O4 ve N2O5 örnek verilebilir. N2O (diazot monoksit), renksiz, tatsız bir gazdır ve uzun yıllar anestezide kullanılmıştır. Çok az miktarda solunduğu zaman yarattığı etkiden dolayı güldürücü gaz olarak da adlandırılır. Günümüzde aerosollerde kullanılır. Diazot monoksit, amonyum nitratın yüksek olmayan sıcaklıklarda ısıtılmasıyla elde edilir. Isıtılırken çok dikkatli olmak gerekir. Çünkü amonyum nitrat patlayıcı bir maddedir. Amonyum nitratın patlayıcı olmasının nedeni, aynı bileşikte azotun iki farklı değerlikte (-3 ve +5) bulunmasıdır. Bu reaksiyon kendi içinde ısıveren bir redoks tepkimesidir. NH4NO3(k) N2O(g)+ 2H2O(g)≈250oC Havadaki N2, uçak ve otomobillerin motorlarında, NO’e dönüşür., NO2 (azot dioksit); kahve renkli, boğucu, zehirli, kokulu bir gazdır.NO2 eşleşmemiş elektron taşıdığından radikal özelliği gösterdiği için gaz fazında renksiz dimeriyle (N2O4) dengede bulunur. 2NO2⇄ N2O4 NO2 katı hâlde sadece dimeri şeklinde bulunur. Suda çözündüğünde disproporsiyona uğrar. Tepkimeye giren azot dioksit moleküllerinin bazılarında azotun yükseltgenme sayısı artarken bazılarında azalmıştır. Nitrik asitte azotun yükseltgenme sayısı +5, azot monoksitte ise +2’dir. 3NO2(g) + H2O(s) →2HNO3(suda) + NO(g) N2O3 (diazot trioksit); NO ve NO2 karışımının -20 0C’a kadar soğutulması ile elde edilir. Sıcaklık yükselirse aşağıdaki tepkimede olduğu gibi NO ve NO2’e dönüşür. N2O3(g)NO(g) + NO2(g) N2O3’in suda çözünmesi ile nitrit asit oluşur. N2O3(g) + H2O(s) 2HNO2(suda) HNO2; nitröz asit veya nitrit asit olarak bilinir. HNO2, zayıf bir asittir. Bu tepkimede gördüğünüz gibi suyla etkileştiği zaman asit veren maddelere asit anhidriti denir. NO2, asit anhidritidir. Çünkü su ile tepkimesinden nitrik asit oluşur. HNO3; nitrat asit veya nitrik asit olarak bilinir. Nitrik asit, sulu çözeltide kuvvetli asit; sulu derişik çözeltilerde ise güçlü yükseltgen özelliğine sahiptir. NH3’ın katalitik oksitlenmesi sonucu NO oluşur. 4NH3(g)+ 5O2(g) 4NO(g)+ 6H2O(g)



Atmosferin kirlenmesine neden olan azot oksitler genel olarak NOx şeklinde gösterilir. Atmosferde bulunan azot ve oksijen, çeşitli etkilerle NO oluşturur. NO suda çözünmez. N2(g) + O2(g) 2NO(g) Oluşan NO havadaki oksijenle bir basamak daha yükseltgenerek azot dioksit oluşturur. 2NO(g) + O2(g) 2NO2(g) NO2’nin yağmur suyu ile reaksiyonundan nitrik asit ve azot monoksit oluşur. 3NO2(g)+ H2O(s) 2HNO3(aq)+ NO(g) Nitrik asidin tahriş edici etkisi vardır. Uçak ve otomobillerin motorlarında oluşan yüksek sıcaklık, NOx oluşumuna neden olur. NOx oluşumunu önlemek için, otomobil motorlarının egzoz sistemlerine katalitik konvertörler (dönüştürücüler) takılır. Değerlendirme: N2O, NO, N2O3, NO2 ve N2O5 bileşiklerinin suda çözünürlük, radikal karakter gereği zehirlilik, asit oluşturma esasına dayalı tahriş ve yükseltgenliğe bağlı tahrip özellikleri kısaca açıklayınız? Bu gazların hangi süreçlerde oluştuğu, atmosfere olumsuz etkileri ve alınabilir önlemler nelrdir? 8.5. Başlıca azot bileşiklerinin elde ediliş yöntemlerini ve kullanım alanlarını açıklar. Nitrit ve nitratlar önemli azot bileşikleri arasındadır. Nitratlar; metaller, metal oksitleri, hidroksitleri ve karbonatları üzerine nitrik asit etki ettirilerek elde edilir. 3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O KOH + HNO3 KNO3 + H2O CaO + 2HNO3 Ca(NO3)2 + H2O Na2CO3 + 2HNO3 2NaNO3 + H2O + CO2 En önemli nitratlar, NaNO3 ve KNO3’tır. NaNO3 nitrik asit elde edilmesinde, patlayıcı madde yapımında ve gübre olarak kullanılır. KNO3 ise barut yapımında kullanılır. Azotlu gübre olarak kullanılan amonyum sülfat, amonyum nitrat ve üre bileşiklerinin elde ediliş yöntemlerini şu şekilde özetleyebiliriz. (NH4)2SO4 (Amonyum sülfat); amonyak ile sülfürik asidin tepkimesinden elde edilir. 2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 NH4NO3 (Amonyum nitrat); nitrik asidin amonyakla tepkimesinden elde edilir. NH3 + HNO3 NH4NO3 Amonyum nitrat % 32-33,5 azot ihtiva eder. Çok geniş bir kullanım alanı vardır. Pek çok ürün için faydalıdır. Nitritler zehir etkilerine rağmen et ürünlerinin işlenmesinde kullanılırlar. Hemoglobinle pembe renkli kompleks oluşturdukları için etin renginin kahverengiye dönmesine engel olur. Jambon, sosis ve diğer et ürünlerinde kullanılırlar. Oluşan NO, O2 ile öncelikle NO2’i sonra da H2O ile etkileşerek HNO3’ioluşturur. 2NO(g)+ O2(g)2NO2(g) 3NO2(g) + H2O(s) 2HNO3(aq)+ NO(g) Azotlu organik bileşiklerden nitrogliserin ve trinitrotoluen patlayıcı yapımında kullanılırlar. Nitrik asit, sıvı yakıtlı füzelerde oksitleyici olarak kullanılır. Üre, amonyak ve karbon dioksitin oluşturduğu amonyum karbamatın dehidratize edilmesiyle elde edilir. 2NH3 + CO2 H2N-COONH4 H2N-COONH4 (NH2)2CO + H2O Tepkimelerden de anlaşılacağı gibi ürenin elde edilmesi iki basamakta gerçekleşir. Üre en çok gübre ve hayvan yemi olarak kullanılır. İlaç ve plastik yapımında da üreden faydalanılır. Ayrıca boya üretiminde de kullanılır. Üre, nitrik asitle üre nitrat adı verilen bir tuz oluşturur. Üre nitrat gübre ve patlayıcı madde olarak kullanılır. Hidrazin (H2N-NH2); renksiz bir sıvıdır. Su ile her oranda karışır ve saf hâlde kararlı değildir. Hidrazin, amonyak ile hidrojen peroksidin tepkimesinden elde edilir. 2NH3 + H2O2 →H2N-NH2 + 2H2O



Hidrazin, roket yakıtı olarak kullanılmaktadır

Azotlu bileşiklerin başlıca kaynağı olan NH3 gazının elde ediliş yöntemi açıklayınız?

Diğer azot bileşiklerinin elde edilişlerine örnekler veriniz?

N2O, NO, N2O3, NO2 ve N2O5bilesiklerinin suda çözünürlük, radikal karakter gereği zehirlilik, asit oluşturma esasına

dayalı tahriş ve yükseltgenliğe bağlı tahrip özellikleri kısaca irdeleyiniz?

Bu gazların hangi süreçlerde oluştuğu, atmosfere olumsuz etkileri ve alınabilir önlemler özetleyiniz?

HNO2 (nitroz asit; nitrit asidi) ve HNO3 (nitrik asit; nitrat asidi)bileşiklerinin formülleri ile onları oluşturan oksitlerin

formülleri karşılaştırınız?.

“Asit anhidriti” kavramı açıklayınız?

Nitritlerin ve nitratların genel üretim yöntemleri örnek denklemlerle açıklayınız?

Nitrat ve nitrit tuzlarının kullanım alanlarına örnekler verilir.

Azotlu gübre olarak kullanılan amonyum sülfat, amonyum nitrat ve ure bileşiklerinin elde ediliş yöntemleri

açıklayınız?

8.6. Fosfor elementinin elde ediliş yöntemini ve allotroplarının özelliklerini açıklar. Fosfor, hava ile temas ettiğinde ışıma yapar. Yunanca Phos (ışık)ve phoras (getiren) sözcüklerinden türemiştir. Azotun aksine fosforun birçok allotropu mevcuttur. En önemli allotropları beyaz fosfor , kırmızı fosfor ve siyah fosfordur. Beyaz fosfor, diğer allotroplara göre daha reaktiftir. Bunun nedeniP4 molekülünde P-P bağlarının gergin olmasıdır. Beyaz fosforun erime noktası otroplara göre daha uçucudur. Beyaz fosforun en önemli özellikleri, karanlıkta ışıldaması ve çok zehirli olmasıdır. Havayla temas ettiğinde beyaz dumanlar çıkararak yanar. Bu nedenle su dolu şişe içinde saklanır. Beyaz fosfor, böcek ve fare zehiri, sis ve yangın bombaları yapımında kullanılır. Kibrit yapımında kullanılan kırmızı fosfor, güneş ışığı ve ısı etkisiyle beyaz fosfordan oluşur. Beyaz fosforun aksine kolayca tutuşmaz, ışıldamaz ve zehirli değildir. Erime sıcaklığı ise çok daha yüksektir. Siyah fosfor, beyaz fosforun havasız ortamda ve basınç altında ısıtılmasıyla elde edilir. Siyah fosfor yarı iletkenlerin yapımında kullanılır. Fosfor, doğada genellikle kalsiyum fosfat (Ca3(PO4)2), gibi fosfat kayaları şeklinde bulunur. Elementel fosfor da kalsiyum fosfattan Aşağıdaki yöntemle elde edilir. 2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 6CaSiO3+ 2P2O5 2P2O5 + 10C P4 + 10CO 2Ca3 (PO4)2+ 10C + 6SiO2 6CaSiO3+ P4 + 10CO Bu denklemde yer alan SiO2, Ca3(PO4)2’taki kalsiyumu, silikat olarak çöktürmek için, C ise P2O5’in elementel fosfora indirgenmesi için kullanılır. Fosfor elementinin doğal allotroplarının molekül yapıları karşılaştırılır.

Beyaz fosforun diğer allotroplara göre daha reaktif olması, molekülünün uçuculuğu ve bağların gerginliği ile

ilişkilendirilir. Fosfor elementinin üretim yöntemine ilişkin;

-------------------------- -------------------

Denkleminde yer alan C ve SiO2 maddelerinin islevleri irdelenir

8.7. Fosforik asitlerin ve tuzlarının kullanım alanlarını özellikleri ile ilişkilendirir. Bol hava içinde yanan fosfor, fosfor(V) oksidi (P4O10) oluşturur. Fosfor(V) oksidin su ile reaksiyonundan fosforik asit (H3PO4) oluşur. P4+ 5O2 P4O10 P4O10+ 6H2O 4H3PO4 Fosforik asit eldesinde kullanılan diğer bir yöntem, fosfat kayası(Ca3(PO4)2) ve derişik sülfürik asit arasındaki asit-baz tepkimesidir.Ca3(PO4)2 + 3H2SO4(s) 2H3PO4(s)+ 3CaSO4(k)Oluşan H3PO4 (ortofosforik asit, ortofosfat asidi; fosforik



asit, fosfat asidi) kondenzasyon yoluyla zincir yapılı di-, tri-, ...polifosforik asit oluşturma özelliğine sahiptir. İki ortofosforik asit molekülünden bir su molekülü çıkarıldığında difosforik asit oluşur. Oluşan difosforik aside üçüncü bir ortofosforik asit eklenirse bir su molekülü daha çıkarak trifosforik asiti oluşur ve bu böyle sürer gider. Zincir şeklinde yapıları olan fosforik asitlere polifosforik asitler denir. Fosforik asidin yapısında bulunan 3 proton sayesinde kondensasyonyoluyla zincir yapılı di-, tri-, ... polifosforik asitler oluşabildiği gibikondenzasyon yoluyla, halkalı trimetafosforik-, tetrametafosforik-,...,polimetafosforik asitler oluşabilir. Yapıları zincir şeklinde olan fosforik asit tuzlarına polifosfatlar denir. Fosforik asit ve fosfatlar; deterjanlarda, gübrelerde, diş macunlarında ve karbonatlı içeceklerde kullanılırlar. Fosfatlı gübrelerin temel ham maddesi fosfat kayası (Ca3(PO4)2)dır. Bitki kökleri ancak suda çözünebilen fosfor bileşiklerini emebilirler. Fosfat kayasında bulunan Ca3(PO4)2 suda ve zayıf organik asitlerde çözünmediği için yüksek asitli topraklar içinde öğütüldükten sonra gübre olarak kullanılabilir. Çözünmeyen Ca3(PO4)2, sülfürik asit ile tepkimeye girer ve sentetik bir gübre olan süper fosfat (Ca(H2 PO4)2.2 CaSO4) elde edilir. Süperfosfat içinde bulunan alçı taşı, bitkiler için besin oluşturmaz. Süperfosfat gübresi en çok kullanılan fosfatlı gübre olmakla beraber, son zamanlarda zenginleştirilmiş süper fosfat adı altında üç-kat süper fosfat gübresi kullanımı da gittikçe artmaktadır. Kireçli topraklar için zararlı olan kalsiyumu içermeyen, azot ve fosfor gibi faydalı iki elementi bünyesinde bulunduran diamonyum fosfat((NH4)2HPO4), tercih edilen zenginleştirilmiş bir gübredir. Diamonyumfosfat DAP adıyla da bilinir. Fosforik asit türevi olan polifosfat tuzları deterjan katkı maddesi olarak kullanılır. Sodyum tripolifosfat gibi kompleks fosfatlar, deterjanın etkisini arttıran maddelerdir. Bu maddeler suda bulunan ve sertlik veren Ca2+ve Mg2+ gibi katyonlarla kompleks oluşturur. Polifosfat tuzları katyonları yapılarına bağladıklarından katyonların çökmeleri önlenmiş olur. Ayrıca suya geçmiş olan kirlerin tekrar çamaşır üzerine çökmesine engel olurlar. Üç-kat süper fosfatfosforik asit ile reaksiyonundan elde edilir.3- Değerlendirme: H3PO4 (ortofosforik asit; ortofosfat asidi; fosforik asit; fosfat asidi) fosfat kayasından üretimine ilişkin denklem yazınız? Bu asidin, kondensasyonyoluyla zincir yapılı di-, tri-,…, polifosforik asit oluşturma özelliği, yapı ile ilişkilendirilir. Ayrıca, kondensasyonun halkalı trimetafosforik-,tetrametafosforik-,…, polimetafosforik asit oluşumuna yol açmasının mümkün olup olmadığını açıklayınız? Fosfatlı gübrelerin yaygın olanları, içerikleri nedir? Polifosfat tuzlarının deterjan katkı maddesi olarak islevi, katyon kompleksleştirme (ligandlık)özelliğini açıklayınız? Fosfatlı gübrelerdeki başlıca fosfor kaynaklarının doğal Ca3(PO4)2 (fosfat kayası), (NH4)2HPO4 (DAP),

“Ca(H2PO4)2.2CaSO4” ) ve Ca(H2PO4)2 bileşiklerinin adı nedir?

Polifosfatların ağır metal komplekslerinin anyonik özelliği formülle açıklanıp iyonların suda çözünme özelliğinden, sert

suların fosfatlarla yumuşatılması, <açıklayınız?

8.8. Fosfatlı gübreler ve deterjanlardan kaynaklanan çevre sorunlarını sorgular. Tarım ilaçları ve gübrelerin bitkiler tarafından kullanılmayan kısmı, bitki ve canlılara zarar verir. Toprak kirliliği en zor temizlenen, bazen temizlenmesi mümkün olmayan bir kirliliktir. Topraktaki kirlilik, yağmur suları ile içme ve yer altı sularına karışabilir, hatta denizlere kadar giderek su kirliliğine neden olabilir. Deterjanlardaki polifosfatlar lağım suları ile göl ve deniz sularına karışabilir. göl ve akarsularda fosfatların birikimi, özellikle yosunların aşırı büyümesine neden olabilir. Deniz yosunları suda çözünmüş O2 derişimini düşürür ve O2 eksikliği de balıkların ölümüne neden olur. Yer altı ve yer üstü sularının fosfatlar ve nitratlar bakımından uzun vadede aşırı zenginleşmemesi için alınabilecek önlemlerden biri, kolayca parçalanabilen deterjan üretimi, diğeri lağım sularının arıtma tesislerinde işlenmesi sırasında fosfatın ve nitratın uzaklaştırılmasıdır. Lağım suları arıtılırken polifosfatlar, bakteri etkisiyle ortofosfatlara parçalanırlar. Sonra ortofosfatlar ya demir(III) fosfatlar, alüminyum fosfatlar olarak ya da kalsiyum fosfat veya hidroksi



apatit[Ca5(OH)(PO4)3] olarak çöktürülebilirler. Çöktürücü maddeler genellikle alümünyum sülfat, demir(III) klorür ya da kalsiyum hidroksittir (sönmüş kireç). Çağdaş bir arıtma tesisinde lağım suyundaki fosfatların % 98’denfazlası uzaklaştırılabilir. Toprak kirliliğini önlemenin yollarından biri, yapay gübrelerin besleyici element içeriğine göre ve toprak cinsine uygun olarak verilmesidir. Ayrıca toprak kirliliğinin önlenmesi için alınacak en önemli tedbir organik tarımın desteklenmesi ile mümkün olur. Organik tarım ilaçlarının geliştirilmesi de toprak kirliliğini önleyecektir. Değerlendirme: Gübrelerdeki ortofosfatların ve deterjanlardaki polifosfatların, bitki tarafından kullanılmayan kısmının doğadaki döngüsü üzerine açıklayınız?, Fosfatların birikimi sonucu çevrenin göreceği zararlar nelerdir? Uzun vadede yer altı ve yer ustu suların fosfatlar (ve nitratlar) bakımından aşırı zenginleşmemesi için alınabilir önlemler nelerdir? Yapay gübrelerin tipleri, besleyici element içeriklerinin ifadesi ve toprak cinsine bağlı kullanım alanları ile ilgili örnekler veriniz? 8.9. 5A grubundaki diğer elementlerin ve bileşiklerinin kullanım alanlarına örnekler verir. 5A grubu elementlerinin diğer üyeleri olan arsenik ve antimon yarı metal; bizmut ise metaldir. Arsenik, doğada çok az miktarda serbest hâlde bulunur. Fakat daha çok bileşikleri hâlinde bulunur. Başlıca bileşikleri, demirli arsenik sülfür, arsenikli nikel sülfür ve demirli arseniktir. Doğada bulunan arsenik sülfürlerden, realgar (As4S4), orpigment (As2S3) ve karışım sülfürlerden4CuS.As2S3 en çok bulunanlarıdır. Arseniğin en önemli bileşiklerinden As2O3 zehir olarak kullanılır. Ahşap koruyucu olarak kullanılan krom sülfat katılmış Cu3(AsO4)2 ise zehirli deniz boyaları yapımında kullanılır. Antimon, doğada metal antimonat, antimon sülfür ve oksitler hâlinde bulunur. Antimon donarken genleşen alaşımların ve kurşunsuz lehim alaşımların yapımında kullanılır. Antimon bileşiklerinden antimon sülfür(Sb2S3) ise kibrit yapımında kullanılır. Bizmut doğada az bulunan elementlerdendir. Çok az miktarda serbest hâlde bulunur. Bizmut bileşiklerinden Bi2(CO3)O2 radyoopak madde olarak, BiF5 ile NaBiO3 çok kuvvetli yükseltgen olarak kullanılır. Değerlendirme:

As, Sb ve Bi elementlerin ve önemli bileşiklerinin kullanım alanları nelerdir

As2O3 ve Cu3(AsO4) bileşikleri nerede kullanılır?

Donarken genleşen alaşımları ve kurşunsuz lehim alaşımları hangi elementten yapılır?

Radyoopak madde olarak kullanılan bileşik nedir?

Çok kuvvetli yükseltgen olan bileşikler hangileridir?

9.1. Laboratuvarda ve endüstride oksijen üretim yöntemlerini açıklar.

Laboratuvarda oksijen elde etmek için kullanılan yöntemlerden biri suyun elektrolizidir. Az miktarda baz veya asit ilave edilmiş saf su elektroliz edilirse anotta, çok saf oksijen elde edilir. Diğer bir yöntemde ise oksijen, potasyum kloratın MnO2 katalizörlüğünde ısıtılması ile elde edilir. Şekil 1.9.2’de gördüğünüz bu olayın tepkime denklemi aşağıdaki gibidir. 2KClO3(k) 2KCl(k) + 3O2(g) Endüstride oksijen, azotun eldesinde olduğu gibi havanın sıvılaştırılıp sonra damıtılması ile elde edilir. Sıvı havanın fraksiyonlu destilasyonunda önce azot buharlaşır, geriye % 99,5 safl ıkta oksijen kalır. Havanın sıvılaştırılıp sonra damıtılması ile ilgili, azot üretimine gönderme yapılarak endüstriyel ölçekte oksijen üretimi gözden geçirilir 9.2. Oksijen elementinin kullanım alanlarına örnekler verir.

Oksijen, yaşamın sürmesi için gerekli bir elementtir. Organik maddeler vücutta havadan alınan oksijen ile yanar. Oluşan enerjiyle de yaşam devam eder. Dünya çapında en çok üretilen kimyasal olan oksijen başlıca, solunum rahatsızlıkları



gösteren hastaların tedavisinde, çelik üretiminde, özellikle asetilenle birlikte yapılan kaynaklarda yüksek sıcaklık elde etmek için, suyun saflaştırılmasında, beton eldesinde ve füze yakıtlarında kullanılır. Dünya çapında en çok üretilen kimyasal olan oksijenin başlıca kullanım alanları listelenir 9.3. Oksit tiplerini ve sınıflandırma esaslarını açıklar.

Alkali metallerin açık havada O2 ile yanması sonucunda oksit,peroksit ve süper oksitler oluşur. Lityum, Li2O (lityum oksit)i; sodyum,Na2O2 (sodyum peroksit)i; potasyum ise KO2 (potasyum süperoksit)i vedaha ağır alkali metaller ise başlıca süper oksitleri oluştururlar. Oksijen oksit, peroksit ve süper oksit olmak üzere üç tip oksit oluşturur. Oksitler O2- iyonu, peroksitler O22- iyonu ve süper oksitler O2-iyonu içerirler. Oksit, peroksit ve süperoksit iyonları kuvvetli Brɸnstedbazıdır. Aşağıda bazı elementlerin oksitleri; asidik, bazik, nötral ve amfoteroksit olarak sınıfl andırılmıştır. Bu oksitlerin özellikleri neden birbirlerinden farklıdır? Tartışınız. Oksit Tipi Oksit Asidik oksit SiO2, P4O10, SO3, Cl2O7, SO3, CO2, Cl2O7, CrO3, Mn2O7 Bazik oksit Na2O, Li2O, MgO, CaO, BaO Amfoter oksit Al2O3, BeO, Al2O3, ZnO, Cr2O3 Çizelge 1.9.1 Bazı oksitlerin sınıfl andırılması ELEMENTLER KİMYASI

Periyodik cetvelde oksitlerin asitliği bir periyotta soldan sağa doğru gidildikçe artar. 3. periyot elementlerinden Na2O ve MgO bazik, Al2O3amfoterik, SiO2, P4O10, SO3 ve Cl2O7 asidik karakter gösterir. Alkali ve toprak alkali metallerin oksitleri iyonik katılardır ve erime noktaları yüksektir. Periyodik cetvelin orta kısmında yer alan yarı metal ve metallerin oksitleri de katıdır fakat iyonik karakterleri daha zayıftır. Periyodik cetvelin sağında yer alan ametallerin oksitleri ise kovalent bileşiklerdir ve oda sıcaklığında sıvı veya gaz hâlinde bulunurlar. Periyodik cetvelde bir grupta oksitlerin bazlığı yukarıdan aşağı inildikçe artar. Örneğin 2A grubunda bulunan Mg ’un oksidi olan MgO suyla reaksiyon vermez, asitlerle reaksiyon verir. Aynı gruptaki BaO ise daha baziktir ve suyla hidroliz olarak baryum hidroksiti oluşturur. Hidrojen peroksit (H2O2) en çok bilinen peroksittir ve suda hidrojen bağı yaptığı için su ile her oranda karışır. Seyreltik H2O2 çözeltileri antiseptik olarak, derişik H2O2 çözeltileri ise ağartıcı olarak tekstil, kürk ve saçlarda kullanılır. Ayrıca bozunma ısısı yüksek olduğu için roket yakıtı olarak da uygun bir maddedir. Alkali metallerin açık havada yanması sonucu oksit, peroksit ve süper oksit oluşturmasına örnekler verilir. Peroksit ve süperoksit iyonlarının Lewis yapıları özellikleri ve kullanım alanları ile ilişkilendirilir. Asidik, bazik, nötral ve amfoter oksit kavramları karşılaştırılıp her sınıfın özellikleri örnekler üzerinde açıklanır(9. 3). 9.4. Ozonun molekül yapısı ile özellikleri ve kullanım alanları arasında ilişki kurar.

Oksijenin bir allotropu olan ozon, keskin bir kokuya sahiptir ve solunum yoluyla alındığında öldürücü etki yapabilir. Anlaşılacağı gibi ozonun molekül yapısı açısaldır. Ozonun özellikleri oksijenden çok farklıdır. Yanda gördüğünüz Lewis yapısından da Bu açı nedeniyle ozon UV ışınları soğurabilir. Ozon, mavi renkli bir gaz olup atmosferin yüksek katmanlarında(stratosfer) bulunur. O2 moleküllerinden, güneş ışınlarının etkisiyle veya şimşek ve yüksek gerilim kaynaklarının elektriksel enerji sağlaması sonucunda oluşur. Ozonun tepkimeye girme eğilimi yüksek olduğu için patlayıcı bir gazdır. Yükseltgeme gücü yalnızca flordan düşük olan ozon, çok kuvvetli bir yükseltendir. Altın ve platin dışındaki diğer metaller ozonla yükseltgenir. Ozon, metal sülfürleri sülfatlarına yükseltger. Grekçede ozon, kokan anlamına gelir. Ozon, ozonizatör denilen aletten faydalanılarak elde edilir. Kutuplar arasına alternatif yüksek gerilim uygulanır. Elektrik boşaltımı sırasında, O2 gazı tüp boyunca ilerler ve bir miktar O2 gazı yüksek gerilim altında oksijen radikaline (O ) ayrılır. Bu radikallerin O2 ile tepkimesinden O3 oluşur. İşlem sonunda ortamda O3 gazı ile tepkimeye girmemiş bir miktar O2 gazı da bulunur.



Ozon; tiyatro ve sinemaların havasını temizlemede, atık gazların kokusunun giderilmesinde, tekstilde ve yağların ağartılmasında, ayrıca içme sularının arıtılmasında kullanılır. Su arıtımında ozon kullanmanın birtakım olumlu ve olumsuz yönleri vardır. Ozon gazı yüksek oksidasyon gücü nedeniyle diğer dezenfektanlardan (hipoklorik asitten 25 kat, hipokloritten 2500 kat) daha etkilidir. Ayrıca yeterli dozaj sağlandığında sudaki virüsleri öldürebilir. Ozonla su arıtımında dezenfeksiyon için gerekli temas süresi kısadır. Ozon tat ve koku gideriminde etkilidir. Klorlamayla oluşan klorlu hidrokarbonlar, kloraminler, klorofenoller gibi zararlı yan ürünler ozonlamada oluşmaz. Ozon her türlü mikroorganizmaya karşı hızlı ve yüksek dereceli bir etkiye sahiptir. Suyun pH’ını etkilemez. İhtiyaç kadar üretilip kullanıldığı için depolama problemi yoktur. Su arıtımında kullanılan ve suda kalan ozon, kısa sürede oksijene dönüştüğü için suda artık madde bırakmaz. Sudaki oksijen konsantrasyonunu arttırır. Fakat arıtılmış su sisteme verildikten sonra ozon, sistemden gelebilecek mikroorganizmaların üremesini engelleyemez. Bu nedenle arıtılacak suyun son klorlamaya ihtiyacı vardır. Ozonlama sonucu bazı yan ürünler (aldehitler, ketonlar, peroksitler, karboksilik asitler) meydana gelir. Ozonun sulu çözeltilerdeki kimyası ve oluşan yan ürünlerin sağlığa etkileri karmaşıktır. Ozonlamayla meydana gelen birçok reaksiyon dozlamaya ve pH’a bağlıdır. Bu nedenle farklı şartlarda farklı sonuçlar ortaya çıkmaktadır. Su kaynağındaki bromitten meydana gelen bromat kanserojen bir bileşiktir. Dezenfeksiyon yanürünlerinin giderilmesi için ilave süzülmeler yapılmaya ihtiyaç vardır. Ozon yüksek pH ve ısıda hızla bozunur. Ozonlama yapılacak tesisin kurulum maliyeti ve yöntemin işletme maliyeti diğer yöntemlere göre daha pahalı olduğundan ozonlama küçük işletmeler için uygun değildir.

Allotrop kavramı hatırlatıldıktan sonra ozonun Lewis yapısı ve O2 moleküllerine dönüşüm dengesi, yükseltgeme gücü

açıklayınız?

Ozon elde etme yöntemi kısaca açıklayınız?

. Su arıtımında ozon kullanmanın olumlu ve olumsuz yönleri nedir?

Alkali metallerin acık havada yanması sonucu oksit, peroksit ve süper oksit oluşturmasına örnekler veriniz*

Peroksit ve süperoksit iyonlarının Lewis yapıları özellikleri ve kullanım alanları ile ilişkilendirilir.

Asidik, bazik, nötral ve amfoter oksit kavramları karşılaştırılıp her sınıfın özellikleri örnekler üzerinde açıklayınız?

9.5. Atmosferdeki ozonun oluşumunu ve çevre açısından önemini açıklar.

Ozon, atmosferin yüksek katmanlarında (10-15 km arası) bulunur. Ozonun atmosferdeki toplam bolluğu, normal basınç ve sıcaklıkta yeryüzünü 3 mm kalınlıkta kaplayacak tabakaya eş değerdir. Ozon tabakası, Güneşten gelen UV ışınlarını soğurarak insan ve diğer canlıları bu ışınların zararlı etkisinden korur. Ozon azalımına yol açan başlıca kirleticiler, uçak motorlarının yüksek ısısı nedeniyle oluşan azot oksitleri ve kloroflorokarbonların fotolitik bozulmasından (aerosoller, soğutucular ve diğer kaynaklardan)oluşan klor atomlarıdır. Ozon tabakasının delinmesi sonucunda Güneş’ten gelen zararlı mor ötesi ışınlar yeryüzüne kadar ulaşabilir. Bazı uzmanlara göre bu ışınlara maruz kalan insanların cilt kanserine yakalanma vakalarında 20-30 yıl içinde, büyük bir artış olacaktır. Ozon tabakasını korumak için uluslararası bir dayanışmaya ihtiyaç olduğunu kabul eden ülkeler Montreal Protokolü olarak bilinen bir anlaşma altında toplanmıştır. Bu anlaşmaya göre kloroflorokarbonların(CFC) ve diğer ozon tüketen kimyasal maddelerin üretimlerin eve kullanımlarına son vermek için kesin kararlar alınmıştır. Ozon tabakasının korunması için bizler de bilinçli tüketici olmalı, çevre dostu ürünler satın almalıyız. Ozon tabakası ve ozon azalımına yol açan kirleticiler hakkında daha fazla bilgi edinerek çevremizdeki insanları da bilinçlendirmeliyiz.

Atmosferin üst katmanlarındaki çok seyreltik ozon gazının işlevi ve ozon azalımına yol açtığından şüphelenilen başlıca

kirleticilerin kullanımlarının azaltımı ile ilgili önerileriniz nedir?

9.6. Kükürdün üretimini ve kullanım alanlarını tepkimeleriyle açıklar.



Kükürt, tabiatta elementel kükürt, sülfür ve sülfat mineralleri, doğal gazda H2S, petrol ve kömürde ise organo kükürt

bileşikleri olarak bulunur. Petrol rafinasyonunda yan ürün olarak H2S gazı elde edilir. H2Sgazının petrolde bulunuş

nedeni, petrolün oluşumu sırasında bazı bitki ve hayvanlarda bulunan proteinin bakteriler tarafından bozulması ileH2S

oluşmasıdır. H2S, renksiz bir gaz olup çürük yumurta gibi kokar(Çürük yumurtanın kokusu yapısında bulunan kükürt

içeren proteinlerin bakteriler tarafından bozunması ile oluşan H2S’den kaynaklanır.).Petrol ve doğal gaz kuyularında

oluşan H2S’ün bir kısmı önce SO2’eyükseltgenir.

2H2S(g) + 3O2(g) 2SO2(g) + 2H2O(s) Ortamda kalan H2S ile oluşan SO2’in tepkimesinden de elementel kükürt elde edilir. Üretilen kükürdün çoğu, sülfürik asit ve vulkanize kauçuk üretiminde kullanılır. 2H2S(g) + SO2(g) 3S(k) + 2H2O(s) Değerlendirme: Petrol rafinasyonunda yan urun olarak ele gecen H2S gazının petrolde bulunuş nedeni nedir? Bu gazın SO2 ile tepkimesinden kükürt oluşumu tepkimesi açıklayınız?

9.7. Başlıca kükürt bileşiklerinin üretimini ve kullanımını çevre kirliliği ile de ilişkilendirerek irdeler.

Kükürdün hidrojenli bileşiklerinin en önemlilerinden biri hidrojen sülfür (H2S)dür. H2S, suda çözünür ve sudaki çözeltisi zayıf asittir.H2S zehirli bir maddedir. H2S’nin kaynama noktası suyun kaynama noktasından çok düşüktür. Sıvı hâle getirilen H2S, elektrik akımını iletmez. H2S yanabilen bir gazdır.H2S ve H2O moleküllerinin yapısı birbirine benzer. Ancak H2O’damoleküller arası hidrojen bağları oluşur; H2S molekülleri arasında isehidrojen bağları oluşmaz. Kükürt dioksit elementel kükürdün veya metal sülfürlerin havadayakılması ile elde edilir. S(k) + O2(g) SO2(g) 2ZnS(k) + 3O2(g) 2ZnO(k) + 2SO2(g) ısı SO2; H2SO4 üretiminde, kayısı, üzüm, incir vb. kuru meyvelerde ağartıcı ve koruyucu olarak, kâğıt endüstrisinde renk ağartıcı olarak kullanılır. SO3 ve H2SO4 kontakt yöntemi ile elde edilir. Bu yöntemde SO2vanadyum oksit (V2O5) katalizörlüğünde SO3’e yükseltgenir. 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) H2SO4, elde edebilmek için SO3 %98’lik H2SO4 içine gönderilir. Böylece yoğun bir sıvı elde edilir. SO3(g) + H2SO4(s) H2S2O7(s) Oluşan bu sıvı, su ile seyreltilerek sülfürik aside dönüştürülür. H2S2O7(s) + H2O(s) 2H2SO4(s) H2SO4 renksiz, yağımsı bir sıvıdır. Kuvvetli bir asit, su çekici ve yükseltgen olduğu için kimya endüstrisinde çok amaçlı kullanılır. Örneğin, seyreltik H2SO4, bazların nötrleştirilmesinde, metallerin ve karbonatların çözünmesinde kullanılır. Sülfat tuzları; soy olmayan metallerin, sülfürik asidin hidrojeni ile yerdeğiştirmesi veya metal oksit ve hidroksitlerinin H2SO4 ile tepkimesiyle elde edilir. Diğer bir yöntem de, sülfürik asitten daha uçucu olan asitlerin tuzlarının sülfürik asit ile ısıtılmasıdır. Sülfat tuzlarının en önemlileri bakır sülfat pentahidrat (CuSO4•5H2O), kalsiyum sülfat dihidrat (CaSO4•2H2O)’tır. CuSO4•5H2O’a halk arasında göz taşı denir. Gübre ve böcek öldürücü olarak kullanılır. CaSO4.2H2O’aalçı taşı da denir. Suda hamur hâline gelip havayla teması sonucunda ntaş gibi sert bir kütleye dönüşebildiğinden heykel ve kalıp yapımında kullanılır. H2S (Hidrojen sülfür), metal sülfürler üzerine seyreltik asitlerin etki ettirilmesi sonucunda elde edilir. En bol ve ucuz sülfür, FeS olduğu için aşağıdaki tepkimede de gördüğünüz gibi çoğunlukla H2S, FeS’den elde edilir. H2S, bütün metaller ile türlü şekil ve renkte sülfürler meydana getirdiğinden, nitel ve nicel analizde katyonların tanınması ve diğerlerinden ayrılmasında kullanılan çok önemli bir ayraçtır.Na2S (Sodyum sülfür); endüstride Na2SO4’ın karbon ile İndirgenmesinden elde edilir.



Na2SO4 + 4 C Na2S + 4CO Na2S, laboratuvarda kükürt ve sodyumun tepkimesinden elde edilir. Deri endüstrisinde kıl dökücü olarak ve kağıt endüstrisinde kullanılır. FeS (Demir(II) sülfür); demir ile kükürdün ısıtılmasından elde edilir.H2S üretiminde kullanılır.

Fe(k) + S(k) FeS(

Kükürt bileşiklerden SO2, SO3, H2S, H2SO4 ve Na2SO3 ciddi ölçekte çevre kirliliğine yol açar. Çeşitli endüstriyel işlemler ve bileşiminde kükürt bulunduran yakıtların yanmasıyla önemli miktarda SO2 oluşur. Atmosfere salınan SO2, NO2 ile tepkimeye girerek SO3’e dönüşür. SO2(g) + NO2(g) SO3(g)+ NO(g) SO3 atmosferdeki su buharı ile etkileşerek asit yağmurlarına neden olabilir. H2SO4 ciddi solunum rahatsızlıklarına neden olmaktadır. Asit yağmurları göllerin kirlenmesine, mermer ve kireç taşlarının erozyonuna neden olur. Sülfürik asit, topraktaki kalsiyum iyonları ile reaksiyona girerek kalsiyum sülfat oluşturur. Kalsiyum sülfat suda çözünmediğinden toprak içinde sabitleşir ve bitkiler tarafından alınamaz. H2S bileşiğinin elde edilişi, molekül yapısı, suya benzer ve farklı yönleri ve önemi nedir? Kükürt trioksit ve sülfürik asit üretimi için “kontak yöntemi” esas alınır. Sodyum sülfat hariç (göl sularından doğal yollar ile elde edildiği için) sülfat tuzlarının elde edilişi örneklerle açıklanır; Hidrojen sülfürün kaynağı ve özellikleri özetlenir; Sodyum sülfür için üretim yöntemi (sodyum sülfattan) ve kullanım alanı kısaca verilir. Demir (II) sülfür’den laboratuvarda H2S üretimine ilişkin tepkime incelenir. Kükürt bileşiklerinin kullanım alanları yazınız? Çevre için zararlı kükürt bileşikleri hangileridir? Kükürt oksitleri, sülfürik asit, hidrojen sulfur, sodyum sulfur,demir (II) sülfür icin üretim yöntemleri ve bunların kullanım alanları nelerdir? Bu bileşiklerden ciddi ölçekte çevre kirliliğine yol açanların zararlı etkileri nedir? 10.1. Halojenlerin başlıca doğal bileşiklerinin ad ve formüllerini eşleştirir.

Halojen Başlıca Doğal Bileşikleri

Flor: CaF2, Na3AlF6

Klor: NaCl (deniz suyunda ve kaya tuzu yataklarında)

Brom: Deniz suyunda (yaklaşık 10-3 M) ve yer altı tuz yataklarında

İyot: Deniz suyunda (<10-6 M), yosunlarda ve Şili güherçilesinde

10.2. Halojenlerin elde ediliş yöntemlerini kullanım alanlarını açıklar.

Halojen Kullanım Alanları

Flor

Politetrafloroetilen(tefl on) üretiminde, Kloroflorokarbon(CFC) (soğutucu akışkan) ve Hidrokloroflorokarbonların (HCFC)

(ozonla dost soğutucu akışkan) eldesinde kullanılır.

Klor

Etilendiklorür (CH2ClCH2Cl)Vinil klorür (CH2 CHCl), polivinil klorür (PVC) monomeri,Kağıt ve tekstil endüstrisinde ağartıcı

olarak,Yüzme havuzlarının, şehir sularının ve atık suların temizlenip dezenfekte edilmesinde,Klor içeren anorganik

bileşiklerin üretiminde kullanılır.

Brom

Yangın söndürücü olarak,Böcek ilacı üretiminde,Boya ve ilaç sanayiinde,Fotoğrafçılıkta kullanılır.

İyot



Tıpta ve fotoğrafçılıkta,Katalizör olarak tepkimelerde kullanılır.Halojenlerin doğada yaygın olan baslıca

bilesikleri,bulunabilen ornekleri ile tanıtılır. Flor ve klorun, gereği halinde endüstride elde edilişleri icin birer yöntem

verilir.

Flor Eldesi: H. Moissan 1886 yılında F2(g) gazını elektrolizle elde etmeyi başardı. Günümüzde bile en önemli ticari

yöntem olan Moissan yönteminde, sıvı KHF2 içinde çözülen HF elektroliz edilir.

Klor Eldesi: Klor, sanayide NaCl(aq) çözeltisinin elektrolizi ile elde edilir. Kimi zaman da erimiş sodyum klorürden elde

edilir.

Brom Eldesi: Brom deniz suyundan ya da iç deniz ve göllerin tuzlu sularından elde edilir.

İyot Eldesi: Deniz yosunu gibi bazı deniz bitkileri Cl- ve Br- yanında iyodürü (I-) seçimli bir şekilde absorplar ve biriktirir.

Az miktarda iyot bu tür bileşiklerden elde edilir. İyodun bol bulunduğu diğer bir kaynak NaIO3 tir ve Şili'de geniş yataklar

halinde bulunur.

10.3. Önemli halojen bileşiklerinin özellikleri ile kullanım alanları arasında ilişki kurar.

Halojen -Bileşiği Özelliği Kullanım Alanları

HF: Cam dâhil pek çok malzemeyi aşındırır. Cam endüstrisi

Florürler: Diş çürümelerini önler. Diş macunları

Teflon: Yanmaz, yüksek sıcaklığa dayanır. Mutfak kaplarında

Freon: Oda şartlarında sıkıştırılarak kolayca sıvılaştırılabilir. Soğutucularda

Klorürler: Buzun erime noktasını düşürürler. Buzlanmayı önleyici olarak

HCl Kuvvetli bir asittir. Kimya endüstrisinde

HClO, NaClO Renk ağartıcı ve mikrop öldürücüdür. Tekstil, detarjan endüstrisinde

PVC: Berklik özelliği olan ve kolay yanmayan bir plastiktir. Plastik endüstrisinde

KBr: Sinir sistemini sakinleştirici etkisi vardır. Tıpta

KI,NaI: Guatr hastalığı açısından önemlidir. Tıpta

11.1. Önemli demir cevherlerini ve bunlardan ham demir üretim yöntemini açıklar.

Flaks:

Gang

Curuf:

Manyetit minerali Fe3O4 % 60-70

Hematit minerali Fe2O3 % 40-60

Limonit minerali FeO(OH) % 30-50

Yüksek fırına verilen demir cevherindeki demiri oksijenden ayırabilmek için karbona ve ısıya ihtiyaç vardır. Kok kömürünü

yakmak için alt kısımdan 600- a gönderilir. Böylece koktan CO oluşur. Asıl indirgen madde bu gazdır. Bu

süreçte daha sonra oluşanCO2 gazı kızgın kokla karşılaşarak yeniden CO’e dönüşür. Yüksek fırına demir cevheri, kok

kömürü ve curuf oluşturucu maddeler (kireç taşı) üst kısımdan özel düzenekler ile sürekli olarak yüklenir. Bu maddelerin

oranı, demir cevherinin bileşimine ve içinde bulundurduğu safsızlıkların bağlıdır. Bu malzemeler aşağıya doğru ilerlerken

fırının değişik sıcaklık bölgelerinde oldukça karmaşık bir dizi reaksiyon meydana gelir.

Yüksek fırındaki tepkimeler sonrasında demir cevheri pik demir(ham demir) hâline dönüşür. Fırın tabanındaki bölmede

erimiş hâldeki ham demir toplanır. Ham demirin üzerinde daha az yoğunluğa sahip olan erimiş hâlde cüruf bulunur. Ham

demir ve cüruf periyodik olarak erimiş hâlde dışarı aktarılır.



Ham demir % 95 Fe, % 2-6,7 C ve çeşitli oranlarda başka safsızlıklardan oluşur. Ham demirdeki karbon oranı yüksek

olduğu için kullanım alanı sınırlıdır. Karbon atomları ham demirin çok sert ve kırılgan olmasına neden olur.

Bu cevherlerden ham demir üretimine ilişkin yüksek fırının çalışma ilkesi sekil üzerinde açıklanır?

Ham demirin bilesimi ve özellikleri, bu haliyle kullanım alanının sınırlı olması ile ilişkilendirilir?

11.2. Çelik üretiminde oksijenin ve katkı metallerinin rollerini irdeler.

Asidik Bessemer yönteminde ham demirdeki karbon oranı düşürülerek silisyum gibi safsızlıklar uzaklaştırılır. Ham demirin

içinde bulunan fosfor ve kükürt, asidik Bessemer yöntemi ile giderilemediği için bu yöntem sadece fosfor ve kükürt

miktarı düşük olan ham demire uygulanabilir. Yüksek fırından elde edilen ham demirin içinde bir miktar karbon

bulunduğu için çelik üretiminde ham demirde bulunan karbonun bir kısmının uzaklaştırılması gerekir. Çelik de temelde

bir demir-karbon alaşımıdır. Ham demir ve çelik, karbon yüzdelerine bakılarak birbirinden ayrılabilir.

Ham demirler: % 2,0<C<% 6,7

Çelikler : % 0,15<C<% 1,5

Bessemer konverterine yüksek fırından gelen ham demir yüklenir. konverter düşey hâle getirilerek alttan 30-35 dakika

basınçlı hava veya basınçlı oksijen akımı gönderilir. Bu sırada konverterin ağzından SiO2 ve cüruf kıvılcımları çıkar. Daha

sonra CO gazının yanmasıyla oluşan alevler görülür. Dikey pozisyona getirilen konvertere hava verilir. Üflenen hava,

demiri FeO hâline getirir. Oluşan FeO, erimiş kütle içinde dağılarak içinde safsızlığa neden olan silisyum ve manganın da

oksit hâline gelmesini sağlar.

FeO, SiO2 ve MnO cüruf hâlinde ayrılır. Silisyum ve manganın büyük kısmının oksitlenmesi bitip cürufa karıştıktan sonra

ikinci aşama başlar. Bu aşamada da karbon oksitlenir. Oluşan CO, konverterin ağız kısmında hava ile yanarak CO2’e

dönüşür.

Bu dönüşüm esnasında mavi renkli bir alev oluşur. İşlemin tamamlandığı bu alevin yok oluşundan anlaşılabilir. Üretim

sırasında hava yerine oksijen kullanılırsa işlem daha kısa sürede gerçekleşir.

Endüstride %1,5’ten fazla karbon içeren çelikler üretilmez. Çünkü çelikteki karbon yüzdesi arttıkça plastiklik azalır,

kırılganlık artar.

Krom Korozyon direncini arttırır. Sağlamlık kazandırır.

Mangan Darbe direncini arttırır.

Bor Kopma direncini arttırır.

Kobalt Sertlik kazandırır.

Nikel Esnekliğini, sertliğini ve şok direncini arttırır.

Niyobyum Yüksek sıcaklıklara karşı dayanıklılık sağlar.

Zirkonyum Korozyon direncini arttırır, süper iletkenlik Sağlar.

Titan Çatlamayı en aza indirerek alaşımın ömrünü uzatır.

11.3. Önemli demir bileşiklerinin kullanım alanları ile bileşiğin özellikleri arasındaki ilişkiyi irdeler.

Saf demir, sert ve kırılgan bir yapıya sahip olduğu için kullanım alanı oldukça sınırlıdır. Demirin asetik asitle

tepkimesinden elde edilen demir(II) asetat [Fe(CH3COO)2] basma boyamasında mordan olarak kullanılır. Demir (III)

asetat ise [Fe(CH3COO)3] mordan, katalitik karışımlarda, farmosotik olarak kullanılır. Demir (II) sülfat

(FeSO4),yeşilimtırak renktedir. Mohr tuzu, (NH4)2SO4FeSO4 çift tuzdur. Fe2(SO4)3,KFe(SO4)2.12H2O,

NH4Fe(SO4)2.12H2O çift tuzları, şaplar mordan olarak kullanılır. K3Fe(CN)6, K4Fe(CN)6 komplekslerinden

oluşturulanFe3(Fe(CN)6)2, Fe4(Fe(CN)6)3 kompleksleri, Berlin ve Prusya mavisi olarak bilinir. Mürekkep yapımında,



boyalarda, çamaşır ağartmada, kozmetikte ve matbaacılıkta kullanılır. Demir penta karbonil (Fe(CO)5),katalizör, demir

oksitler boya yapılmasında kullanılır.

Mordanlama da fe kullanılmasının nedeni karalı kompleksler oluşturabilme ve kaynama dayanıklı olmasıdır?

FeSO4.6H2O, Fe2(SO4)3.12H2O ve (NH4)2Fe2(SO4)3.24H2Otuzlarının tekstil boya banyolarındaki işlevleri (mordan

etkileri)nedir?

11.4. Önemli geçiş elementlerinin başlıca cevherlerini, yer kabuğundaki bolluk oranlarını, üretim yöntemlerini ve

önemli kullanım alanlarını listeler.

Geçiş Metali Başlıca Doğal Minerali Önemli Kullanım Alanları

Ti-İlmenit(FeTiO3)Rutil (TiO2)Yüksek performanslı askeri uçaklarda

Cr-Kromit (FeO.Cr2O3)Krokoid(PrCrO4)Çelik üretiminde ve koruyucu kaplamada kullanılır.

Mn-Piroluzit (MnO2)Manganit (Mn2O3.H2O)Çoğunlukla alaşımlarda kullanılır.

Ni-Nikelin(NiAs)Nikel blendi(NiS)Nikel Galeni(NiAsS)Hidrojenasyonda katalizör olarak, akümülatör yapımında,

alaşımlarda.

Cu-Kuprit (Cu2O)Azurit (2CuCO3.Cu(OH)2)Kalkopirit (CuFeS2)Elektrik endüstrisinde Alaşım yapımında

Zn Çinko blendi (ZnS)Kaplamacılıkta, elektrot ve alaşım yapımında

Pd Platin grubu metalleriyle birlikte ve metalik durumda Fiziksel ayırma yöntemleri Hidrojenasyonda katalizör olarak

AgArjantit (Ag2S) Kerargrit (AgCl)Süs eşyası, çatal kaşık ve ayna yapımında, kaplamacılıkta, gıda ve ilaç endüstrisinde

kullanılır.

Sn-Kasiterit (SnO2)Stanit (Cu2S.FeS.SnS2) Saflaştırma Teneke yapımında, alaşımlarda, tel yapımında kullanılır

Pt-Genellikle metalik hâlde, Çok az Sperrilit (PtAs2)minerali hâlinde Laboratuvar araçları ve elektrot yapımında,

alaşımlarda, dişçilikte, kuyumculukta kullanılır.

Au-Kalaverit, silvanit ve krennerit, Süs eşyası yapımında ve kaplamacılıkta kullanılır.

Hg- Sinnabar (Zencefre) HgS İlaç, kimyasal ve patlayıcı maddelerde kullanılır.

Pb-Galen (PbS)Serüsit (PbCO3)Anglecit (PbSO4)Boru ve elektrik kablolarının kaplanmasında, boya, lehim ve alaşım

yapımında, akümülatörlerde

Değerlendirme:

Metal gıda kutularının iç yüzeyi hangi metal ile kaplanır?

Paslanmaz çelik üretiminde demirin içerisine hangi metal katılır?

Dayanıklı hafif alaşımları yapısına ne katılır?

Ti, Cr, Mn, Ni, Cu, Zn, Pd, Ag, Sn, Pt, Au, Hg, Pb metallerinin varsa başlıca doğal cevherleri nedir

Yer kabuğundaki bağıl bollukları, elde ediliş yöntemler nedir

Önemli kullanım alanlarını nedir

Documents

Bülent AYHAN-12.Sınıf Elementler Kimyası Ünitesi Ders Notları · Bülent AYHAN-12.Sınıf Elementler Kimyası Ünitesi Ders Notları Halil Rıfat Paşa Anadolu Lisesi Kimya